Еще недавно многоклапанные двигатели ставили только на гоночные автомобили, а сегодня существует не меньше сотни коммерческих моделей и модификаций, где использовано такое техническое решение. Что это, дань моде, очередной ход в конкурентной борьбе или действительно полезное усовершенствование? Об этом рассказывает инженер А. ФОМИН.
Когда нижнеклапанные двигатели ушли в прошлое, клапаны перекочевали наверх в головку блока, и с тех пор их расположение не менялось. Чтобы избежать длинных толкателей, которые ограничивали возможность форсирования двигателя по оборотам (такая конструкция — инерционная и нежесткая), распределительный вал перенесли в головку блока, чем и закончилась трансформация. Потом росли только степень сжатия и обороты. Но если «оборотистый» двигатель и годится для гонок (правда, не для всех), то для повседневной эксплуатации он не подходит: высоки требования к материалам, из которых сделаны детали, топливу и маслам, велики токсичность выхлопа и эксплуатационные расходы. Пришлось искать другие пути.
Площадь четырех вписанных кругов больше, чем двух; соответственно больше проходное сечение каналов, которые прикрыты клапанами.Идею двигателя с четырьмя клапанами на цилиндр не назовешь особо оригинальной или новаторской, но нельзя отрицать и то, что это достаточно простой способ улучшить наполнение цилиндра горючей смесью и удаление отработавших газов из него. Нарисуйте окружность и впишите в нее две другие максимально возможного диаметра, а затем попробуйте изобразить то же, но уже с четырьмя. Большая окружность обозначает цилиндр, а малые — каналы, закрытые клапанами. Невооруженным глазом видно, в каком случае площадь, занимаемая вписанными кругами, больше и, следовательно, больше проходное сечение впускного и выпускного каналов в головке двигателя.
Четыре клапана «спустились» с высот формулы 1 сначала на другие гоночные, затем на более простые спортивные автомобили, а сейчас они бодро «шествуют» от дорогих машин в средний класс и дальше, к любимым нами малым и дешевым (этот этап начался буквально год-два назад).
Кстати, двигателю с четырьмя клапанами на цилиндр вовсе не обязательно иметь два распределительных вала в головке, как думают иногда автолюбители. Есть моторы, в которых клапаны приводит один вал, например у «Мазды-121». Эта японская двухдверная машина (на фото) по размерам — аналог нашей «Таврии» (длина соответственно 3810 и 3708 мм), а по рабочему объему двигателя близка «восьмеркам» и «девяткам». У «Мазды» два варианта двигателя рабочим объемом 1324 см и мощностью 53 и 72 л.с., а до «сотни» она разгоняется за 13,7 и 11,4 с соответственно (ВАЗ-2108: 1,3 л, 65 л.с., 16 с). Конечно, хорошие характеристики — показатель технического совершенства всей машины, и мотор с четырьмя клапанами сыграл здесь не последнюю роль. «Мазда-121» — самая маленькая из поставляемых в Европу модель этой фирмы. Чтобы двигатель был дешевле, применен только один распределительный вал, нет распространенных сегодня гидравлических толкателей — в процессе эксплуатации зазоры придется регулировать. Цена машины в Германии около 19 тысяч марок.
Схема механизма газораспределения двигателя «Мазды-121»: зеленым цветом выделен распредвал, коричневым — клапаны с пружинами и фиксирующими деталями. Интересно, что рычаги распредвала выполнены из легкого сплава (показаны желтым цветом) и снабжены стальными роликами (красные). Читатели легко найдут винты для регулировки зазора с контргайками и свечу зажигания (эти детали — белые).Другая японская четырехклапанная машина, «Мицубиси-Галант» принадлежит к среднему классу (как наша «Волга») и стоит 37 тысяч марок (как самый дешевый «Мерседес»). В автомобилях такого класса простота и дешевизна — не главное; комфорт, техническое совершенство и снижение трудоемкости обслуживания гораздо важнее. На рисунке хорошо видны два распределительных вала, гидрокомпенсаторы клапанных зазоров. Заметим, что схема с двумя распредвалами применяется в четырехклапанных двигателях чаще. «Мицубиси-Галант» предлагают с двигателем рабочим объемом 2 литра в двух вариантах — с двумя и четырьмя клапанами на цилиндр (см. таблицу).
Вторая модификация — явно спортивного характера: заметно меньше время разгона, почти на две секунды, и расход топлива вполне приемлемый для такого мощного мотора.
Есть двигатели и с тремя клапанами на цилиндр: несколько таких моделей использует, например, «Тойота» на автомобилях «Старлет» и «Королла». В этом случае два клапана впускные, а один — выпускной. Это обусловлено тем, что для впуска требуется большее сечение: рабочая смесь хуже проходит по узким каналам, чем выхлопные газы.
Таковы дела на Востоке, но и на Западе не дремлют. Когда фирма «Опель» добавила к модификациям своей «Вектры» «модную» полноприводную, то едва не оступилась. Инертная трансмиссия, возросший вес машины почти свели на нет ее достоинства по сравнению с переднеприводной. Спасти положение помогла новая головка с четырьмя клапанами на цилиндр. Прибавилась мощность, динамика и скорость выросли под стать полноприводным амбициям (см. таблицу). Пожалуй, это пример настоящей конструкторской удачи, в чем убеждает сравнение «Вектры» и «Галанта», благо, по объему двигателей и габаритам они почти равны. Полноприводной машине по всем законам положено «есть» процентов на десять больше, но «Вектра» со всеми ведущими на поверку оказалась экономичнее переднеприводного «Галанта», что говорит само за себя.
Неумеренно популярный в нашей стране «Вольво-940GL» тоже имеет модификацию с многоклапанной головкой — 940GLT-16V, которая встречается намного реже. Резонно: нужда в лишних «лошадях» невелика, а платить за них мало желающих. Не прельщает и улучшенная динамика при умеренном росте расхода топлива (см. таблицу).
Внешне непохожие друг на друга, «Пежо-605» и «Ситроен-XM» по двигателям полностью идентичны: у обоих они V-образные шестицилиндровые, двух- и четырехклапанные. (Это варианты так называемого евромотора, разработанного и выпускаемого совместно еще с 70-х годов фирмами «Рено», «Пежо» и «Вольво» для своих престижных моделей.) «Пежо-605» — самая большая у этой фирмы, одна из самых солидных во Франции — должна представлять свою страну в крайне трудном для конкуренции «верхнем среднем» (по принятому в Германии делению) классе, соперничая с такими европейскими авторитетами, как «Ауди-100», БМВ пятой серии, «Мерседес-200-500E» (W124) (см. таблицу). Многоклапанный двигатель для данной модели (как и для «Вольво-940») — средство укрепиться на рынке мощных и скоростных автомобилей. 33 л.с. «сверху» и плюс 14 км/ч к максимальной скорости — неплохое приобретение при почти том же расходе топлива. А что предлагают серьезные и уважаемые БМВ и «Мерседес», ведь эти фирмы вряд ли клюнут на пустую затею? Если в 1988 году они делали по одной-две модели с четырехклапанными двигателями, то в 1992-м каждая выставила их более десяти — от купе и кабриолетов до универсалов, доказав, что спортивность не чужда и «грузовикам». Каковы же результаты?
Модель БМВ-318iS появилась как более дешевая альтернатива «325-й», но в то же время более мощная, чем базовая -318, специально для тех, кому не по карману «большой» двигатель. Более мощная машина получилась экономичнее на всех режимах, кроме городского цикла. Правда, для этого случая есть контраргумент — -318iS расходует бензин «супер», а не «нормаль», но в Германии разница в цене этих сортов бензина невелика (около пяти процентов).
Двигатель автомобиля «Мицубиси-Галант»: два распределительных вала, гидравлические компенсаторы клапанного зазора — типичные для четырехклапанных моторов.Если сечение каналов больше, это не значит, что топлива в цилиндры поступает больше и расход должен быть выше. Многоклапанные головки двигателя позволяют изменить распределение рабочей смеси по камере сгорания, снизить потери впуска и уменьшить количество оставшихся в цилиндрах отработавших газов. Все это увеличивает КПД двигателя, следовательно, появляется возможность уменьшить расход, хотя бы на некоторых режимах. Кстати, двигатель потребляет не столько топлива, сколько войдет в цилиндры, карбюратор или система впрыска «определяют дозу» согласна желанию конструкторов. Но и разработчики иной раз вынуждены идти на уступки, например, применять высокооктановый бензин, как в описанном выше случае. А другие, более солидные модели? В таблице приведены характеристики БМВ 5-й серии. БМВ пришлось действовать так же, как «Опелю»: новая головка двигателя — и время разгона стало что надо! Так поступили в 1990 году с моделями -520 и -525, а еще через год выпуск этих моделей с двухклапанной головкой прекратили. Результат нам уже знаком: улучшены динамические качества, расход топлива снижен на всех стандартных режимах, кроме городского цикла.
Если не усложнять двигатель лишними валами и клапанами, а просто увеличить его объем? Ответ тоже есть в таблице. С появлением четырехклапанной «525-й» модель -530 (большего литража) сняли с производства. Машина с четырехклапанным двигателем разгоняется с места до 100 км/ч за 7,8 с, а с двухклапанным — за 8,5 с (с автоматической коробкой передач).
Если мы изучим все моторы, выпускаемые БМВ и «Мерседес-Бенц», то убедимся, что двухклапанные в последние годы почти не встречаются. Осенью 1992 года «Мерседес» упразднил их на самых популярных моделях -200 и -300, заменив четырехклапанными.
Конечно, улучшить характеристики автомобиля можно не только изменив конструкцию двигателя (увеличив число клапанов). Нередко вместе с этим изменяют передаточные числа в коробке передач, модифицируют систему впрыска топлива и т. д. Вспомните: у «Жигулей» двигатели разной мощности комплектуются коробками передач с различающимися передаточными числами. Но все же ведущие фирмы все шире применяют четырехклапанные двигатели. Исключение составляют американские: они комплектуют такими моторами лишь спортивные модели («Олдсмобил-Катлесс») и те, что изготовлены по кооперации с японскими фирмами («Форд-Торус-SHO»).
Каковы дальнейшие перспективы развития многоклапанных двигателей? Видимо, к концу десятилетия они полностью или почти полностью вытеснят обычные. «Мазда-121», о которой мы говорили,— далеко не предел: в Японии, где все еще популярны микролитражные, как говорили раньше, машины, четырехклапанный двигатель объемом 600—800 см3 (у той же «Мазды», «Дайхатсу», «Субару») — не редкость. В условиях современного производства затраты на выпуск технологически более сложной головки блока невелики, а повышенная цена автомобиля, как правило, оправдывается хорошими характеристиками и не отпугивает покупателя.
Некоторые и у нас, и на Западе ездят на четырехклапанных машинах, даже не подозревая об этом. Автомобильные фирмы иной раз упоминают о конструкции только в технических характеристиках: ведь потребителя волнуют эксплуатационные показатели, а не устройство двигателя. Другие, наоборот, стремятся подчеркнуть технический уровень или спортивные качества модели, тогда в названии появляются обозначения «16V», «24V». Первое говорит о том, что двигатель имеет четыре цилиндра и четыре клапана на цилиндр, всего шестнадцать, а второе — шесть цилиндров, по четыре клапана на каждый (6X4=24). Индексы трехклапанных двигателей «12V», «18V». Те же надписи могут быть и на клапанной крышке, а кроме них «DОНС» и «Twincam», что означает «два распределительных вала в головке». Если же рядом с «DОНС» не стоит «12V» или «24V», то двигатель вовсе не обязательно четырехклапанный: два распредвала могут быть и у обычного, двухклапанного.
Представим, что вы пришли в магазин и увидели некую модель как с двухклапанным двигателем, так и с четыреклапанным. Какой вариант предпочесть? С точки зрения «чистого ездока», автомобиль с многоклапанным мотором, безусловно, хорошее приобретение: высокая мощность, отличная динамика при приемлемом расходе топлива будут радовать. Но заплатить придется на 10—30% больше, правда, не только за клапаны: вы наверняка получите еще литые диски, широкие покрышки, спойлеры и много других приятных мелочей. В эксплуатации такой автомобиль будет ненамного дороже, но в случае крупного ремонта двигателя возможны дополнительные расходы: запчастей понадобится больше и придется поискать того, кто возьмется.
Есть еще нюанс: мощная машина великолепно проявляет темперамент водителя, и если вы привыкли давить на газ до упора, на умеренный расход не надейтесь. Впрочем, клапаны тут не виноваты, чаще посматривайте на эконометр и держите стрелку подальше от красной зоны.
Сравнительные характеристики автомобилей с двух- и четырехклапанными двигателями.
| Индекс | 2.0GLSi | 2.0GTi-16V |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 109(80)/5500 | 146(107)/6500 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 159/4500 | 170/5000 |
| Максимальная скорость, км/ч | 188 | 207 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 10,6 | 8,8 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 6.2/8.1/10.0 | 7.2/8.9/11.4 |
| Индекс | 4x4 2.0i | 4x4 2.0i16V |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 115(85) / 5200 | 150(110) / 6000 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 170 / 2600 | 196 / 4800 |
| Максимальная скорость, км/ч | 194 | 214 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 10,8 | 9,3 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 7.2 / 8.6 / 11.9 | 6.8 / 8.3 / 11.5 |
| Индекс | 940GL | 940GLT 16V |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 131(96) / 5500 | 155(114) / 5700 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 185 / 2950 | 203 / 4450 |
| Максимальная скорость, км/ч | 190 | 200 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 11,2 | 10,2 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 7.1 / 9.2 / 12.9 | 7.3 / 9.7 / 13.4 |
| Индекс | 605SV 3.0 | 605SV24 |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 167(123) / 5600 | 200(147) / 6000 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 235 / 4600 | 260 / 3600 |
| Максимальная скорость, км/ч | 222 | 236 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 8,6 | 8,2 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 8.8 / 9.6 / 15.0 | 7.8 / 9.6 / 15.5 |
| Индекс | 318i | 318iS |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 113(83) / 5500 | 136(100) / 6000 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 162 / 4250 | 172 / 4800 |
| Максимальная скорость, км/ч | 188 | 202 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 10,8 | 9,9 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 6.7 / 8.6 / 10.3 | 6.4 / 8.2 / 10.9 |
| 2 клапана4 клапана2 клапана4 клапана2 клапана | |||||
| Индекс | 520i | 520i | 525i | 525i | 530i |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 129(95) / 6000 | 150(110) / 5900 | 170(120) / 5800 | 192(141) / 5900 | 188(138) / 5800 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 164 / 4300 | 190 / 4700 | 222 / 4300 | 245 / 4700 | 260 / 4000 |
| Максимальная скорость, км/ч | 203 | 211 | 221 | 230 | 227 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 11,9 | 10,0 | 9,5 | 8,6 | 8,6 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 7.0 / 8.5 / 13.1 | 6.6 / 8.1 / 13.9 | 7.5 / 9.2 / 13.6 | 6.9 / 8.6 / 14.2 | 7.4 / 9.2 / 15.9 |
А. ФОМИН («За рулем», 1993, № 1)
own.in.ua
Да и дело тут было отнюдь не в амбициях или желании пустить пыль в глаза потребителю: классическая система питания никак не соответствовала двум важнейшим критериям – стабильности настроек и нормам токсичности. Даже вполне современный по тем временам Солекс нельзя было сравнить с так называемым «инжектором», ведь он не «умел» готовить одинаково сбалансированную по составу топливно-воздушную смесь при разных условиях работы мотора, да и не отличался особой надежностью, требуя регулярной чистки и настройки. В то время как на Западе негласной нормой считалось хотя бы пять лет и 80 000 км без вмешательства в систему питания, не считая регламентной замены фильтров.
1 / 4
Предназначенный для "десятки" полуторалитровый шестнадцатиклапанник 2112 долго оставался наиболее мощным двигателем ВАЗ
Даже беглый анализ показал, что наивысшей стабильностью характеристик и «чистотой выхлопа» обладает именно система питания с электронным блоком управления двигателем, а не механический или электромеханический инжектор. В мире на тот момент существовало немало разновидностей впрыска, и без должного опыта инженерам было непросто принять решение – на каком же именно варианте остановиться? Однако склонялись они именно к электронному управлению, как наиболее прогрессивному и эффективному.
Статьи / История
Сложные роды «антилопы»: история создания ВАЗ-2110Еще задолго до выхода трехдверного хэтчбека 2108 разработчикам стало ясно, что на смену откровенно устаревшим Жигулям нужен новый седан. Мнения разделились: часть конструкторов придерживалась мнения, что...
43430 10 10 20.12.2015
Перспективную систему питания планировали не только (и не столько) для модернизации еще нестарых автомобилей восьмого семейства, сколько для будущей «десятки». Её выпуск планировали начать на стыке восьмидесятых и девяностых годов, и оставаться с устаревшим карбюратором было просто нельзя – особенно если учитывать планы нацеливаться на западный рынок, где «инжектор» давно перестал быть диковинкой, а стал обычным явлением на товарных автомобилях.
Вдобавок на ВАЗе уже тогда в качестве оптимального решения для ВАЗ-2110 рассматривали многоклапанную головку с четырьмя клапанами на каждый цилиндр, а оптимизировать процессы сгорания в таком моторе при наличии обычной системы питания было практически невозможно. В общем, все сводилось к тому, что внедрение впрыска топлива с электронным управлением при запуске следующей модели является одной из основных задач. Причем было решено не только перевести на «инжектор» версии с 16-клапанной головкой, но и оснастить впрыском обычный восьмиклапанный двигатель объемом 1,5 л, известный под индексом ВАЗ-21083.
Не стоит забывать, что в те «золотые» годы экспорт вазовских автомобилей иногда достигал 40% от общего объема выпуска – а это, как известно, доход в виде такой желанной для завода валюты, и грядущее ужесточение экологических норм в Европе для ВАЗа стало бы просто губительным. Не зря ведь экспортные модификации еще с середины восьмидесятых оборудовались системами снижения токсичности отработавших газов – в том числе и с каталитическим нейтрализатором. Впрочем, «кат» был сам по себе не очень эффективен, ведь даже с учетом дополнительной электроники обычный карбюратор получался «слабым звеном» системы по простой причине – он готовил смесь менее точно и стабильно, чем это требовалось.
Ведущими игроками на рынке разработки систем впрыска в то время были три компании – Bosch, Siemens и General Motors. Предварительные переговоры закончились заключением контракта с GM по простой причине – «джиэм» имел больше опыта и мог предложить максимальный спектр услуг «под ключ».
Первой впрысковый двигатель 2111 «примерила» Lada Baltic. Компоненты GM выдаёт характерный дизайн ДМРВ между корпусом воздухофильтра и патрубком впуска.
Что же должны были сделать специалисты General Motors в рамках контракта? Во-первых, разработать и адаптировать под вазовские моторы впрыск топлива, который бы отвечал нормам Евро-1 и США-93. Во-вторых, для экспортных автомобилей «джиэмовцы» должны были поставить более полумиллиона (!) комплектов систем питания. И, наконец, итогом работы предполагалось приобретение соответствующих лицензий с последующим выпуском компонентов на советских (а в новых реалиях – российских) заводах.
 |  |
Тип системы питания на Lada Baltic подчеркивал оригинальный шильдик «injection», расположенный на задней двери слева под надписью «LADA»
Уже в 1993 году GM начал поставки комплектов центрального впрыска (так называемого моноинжектора) для Жигулей и Нивы, а впоследствии – и систем распределённого впрыска для Лады Самары. Увы, по объективным экономическим причинам в непростое для новой страны время за шесть лет удалось поставить на конвейер лишь 115 тысяч комплектов вместо запланированных изначально 540 тысяч.
В тот момент на ВАЗе поняли, что нельзя опираться лишь на одного зарубежного партнера и решили подписать в 1995-м контракт и с фирмой Bosch. Это позволило освоить как разработку, так и производство еще одной системы питания, известной впоследствии, как «бошевская». Разумеется, работы по принципиально новой системе питания потребовали длительного пребывания в зарубежных командировках ведущих по проекту специалистов ВАЗа, некоторые из которых занимались этой темой в США по три-четыре года подряд.
На ранних «инжекторах» стояли контроллеры GM импортного производства
В ходе работы над «инжектором» на новую систему питания пытались перевести и такие экзотичные модификации, как 1,1-литровый двигатель ВАЗ-21081. Однако впоследствии было принято решение о том, что малокубатурные модификации «трогать» не стоит, и вазовские конструкторы вместе с зарубежными специалистами сосредоточились на моторах объемом 1,5-1,6 л – как жигулевских, так и «зубильных». А 16-клапанный мотор 2112 должен был стать первым в истории ВАЗа, конструкция которая изначально была «заточена» лишь под электронную систему питания с распределенным впрыском.
Еще в ходе ранних экспериментов над классическими моторами оказалось, что установка каталитического нейтрализатора сильно ухудшает показатели двигателя по мощности и крутящему моменту, поэтому система питания должна была обеспечивать максимальный КПД, чтобы минимизировать «экологические» потери энерговооруженности, неизбежные в любом случае.
На Самаре с так называемой низкой панелью контроллер впрыска разместили на полке под «бардачком»
Система впрыска топлива с электронным управлением была вполне распространенной (но при этом современной) концепцией. Электронный блок управления получал информацию от пары десятков датчиков, на основании которых и строилась коррекция топливно-воздушной смеси, а также остальные параметры – время открытия форсунок, угол опережения зажигания, количество подаваемого в цилиндры воздуха, топлива и так далее. Основную «работу» при этом проделывали несколько важнейших датчиков – например, датчик положения коленчатого вала (без него двигатель вообще не заведется!) и датчик массового расхода воздуха.
Важнейшее преимущество вазовского впрыска, как и большинства подобных систем – «живучесть». Если не отказал электрический бензонасос или «стратегический» датчик ДПКВ и не сгорел контроллер ЭБУ или модуль зажигания, то система худо-бедно, но будет работать даже при отказе нескольких датчиков, перейдя в аварийный режим и работая по альтернативным алгоритмам управления с использованием неких «усредненных» показателей, зашитых в программу.
Но гладко было только на бумаге. Освоить столь сложную систему, когда промышленный гигант СССР уже почил в бозе, стало для ВАЗа непростой задачей. Впрочем, при интеллектуальной поддержке зарубежных партнеров с ней вполне справились – по крайней мере, «инжектор» уже к концу девяностых годов стал не просто работоспособной, но и вполне серийной системой питания для ВАЗов.
 |  |
Датчик массового расхода воздуха – один из самых дорогих компонентов системы питания с распределённым впрыском
Конечно, многое пошло «не так и не туда». Попытки привлечь к производству «оборонку» так и закончились ничем, да и работа в Штатах была закончена еще в 1994 году – до постановки впрыска на конвейер.Кроме впрысковой версии мотора объемом 1,1 л, в итоге так и не удалось освоить 16-клапанную версию Самары, хотя адаптация агрегата 2112 к кузову 21093 была проведена еще на ранних стадиях работы по впрыску. Лишь намного позднее многоклапанный мотор все же встал под капот Самары в заводском исполнении – точнее, «околозаводском», от компании «Супер-Авто».
Для поглощения топливных паров предусмотрено специальное устройство – адсорбер
Некоторые компоненты пришлось оставить импортными – например, датчик кислорода, форсунки и ДМРВ. Блоки под заказ выпускали на Bosch, а со временем были освоены и контроллеры отечественного производства. Остальные же компоненты (датчики, впуск, выпуск и система подачи топлива из бака) были освоены почти самостоятельно.
 |  |
При наличии некоторых версий БК, считывать ошибки и обнулять их на впрысковом двигателе ВАЗ можно прямо с «бортовика»! Разъем OBD-2 так называемой К-линии: именно сюда нужно подключаться для диганостики «вазоинжектора»
Еще в процессе работы в США вазовские конструкторы поняли, что американский подход к настройке некоторых компонентов (в частности, датчика системы детонации) на малолитражном двигателе ВАЗ, да еще в российских реалиях, не совсем оптимален. Именно поэтому вместо «защитной» функции на него возложили активную борьбу с детонацией путём индивидуального управления углами зажигания на основании показателей датчика.
1 / 3
При неисправности датчика фаз впрыск из фазированного переходит в попарно-параллельный
2 / 3
Регулятор давления топлива на восьми- и шестнадцатиклапанном двигателях один и тот же
3 / 3
На восьмиклапанном двигателе применили общий модуль зажигания, а на шестнадцатиклапаннике 2112 – индивидуальные катушки
1 / 2
Датчик детонации – на основании его показаний «мозги» выставляют угол опережения зажигания
2 / 2
В 1997 году АВТОВАЗ даже выпустил руководство по обслуживанию и ремонту своего «инжектора» Январь-4
Первая товарная партия из нескольких тысяч ВАЗ-21082 с российским контроллером Январь-4 и сборной солянкой из компонентов GM и Bosch была выпущена в 1996 году. Она соответствовала действовавшим на тот момент в РФ нормам токсичности, поэтому не имела катализатора и лямбда-зонда.
1 / 3
В девяностые годы систему питания Самар для европейского рынка всячески подчеркивали в рекламных буклетах
1 / 3
Снаружи опознать Самару с впрысковым двигателем 2111 можно было по шильдику 1500i
1 / 3
Воздушный фильтр на «инжекторных» ВАЗах – такой же точно, как на некоторых иномарках! В частности, на автомобилях Audi 100 C3, VW Polo 86C и Jaguar XJ X300
При практических испытаниях выяснилось, что ресурс отдельных элементов (тех же форсунок, бензонасоса и свечей зажигания) сильно зависит от качества бензина, а хлебнув «этила», можно было гарантированно угробить каталитический нейтрализатор или «нежный» лямбда-зонд. Именно поэтому в конце девяностых – начале двухтысячных годов новомодной системы питания многие российские автомобилисты боялись, как огня. Усугубляло ситуацию то, что на коленке впрыск не продиагностируешь, а загоревшийся на ВАЗе индикатор «проверь двигатель» (check engine) в то время вгонял в ступор даже опытных механиков.
1 / 3
Сигнализатор "проверьте двигатель" можно встретить на Самаре с любым типом панели – от "низкой" до "евро"
1 / 3
Заводской сигнализатор «Check Engine» производства ОСВАР для так называемой низкой панели приборов
Еще один «бонус» от электронного управления системой питания – заводская «противоугонка», так называемый иммобилайзер
Однако остановить прогресс невозможно. Поскольку концептуально вазовский впрыск на моторах 2111/2112 получился весьма удачным (сказывалось участие таких грандов, как Porsche, Bosch и GM), заводчанам требовалось лишь подтянуть качество изготовления отдельных компонентов у смежников, а потребителям – адаптироваться к новой системе питания, лишенной привычного «подсоса» и прочих «ручных подкачек».
Двигатель 2111 – не самый экономичный, но тяговитый и практичный
Пример из жизни: в начале двухтысячных на завод обратился владелец Нивы с моновпрыском, у которого износилась центральная форсунка. Как оказалось, к тому моменту он без каких-либо проблем с системой питания проехал на своей машине свыше 200 тысяч километров!
Распределённый впрыск «сдружили» и с двигателем классики, который ведёт свою родословную еще от ВАЗ-2101 1970 года
Сравнивать 16-клапанный мотор с обычным «восьмерочным» не имело смысла – увеличение числа клапанов в два раза поднимало максимальную мощность при прочих равных условиях как минимум на 10-15%, да и по характеру многоклапанный мотор с высокой степенью сжатия был более «крутильным» и «верховым», то есть приветствовал работу на оборотах в зоне максимальной мощности, а не крутящего момента. Однако оказалось, что с новой системой питания и проверенный временем «восемьдесят третий» мотор стал гораздо тяговитее и эластичнее – ведь максимальный крутящий момент не только вырос со 106 до 116 Нм, но и стал достижим на более низких оборотах (3 000 об/мин против 3 500 об/мин у мотора 21083). Вдобавок оказалось, что с новой системой питания мотор избавился от «температурной зависимости» и «поехал» даже в непрогретом состоянии. Если «зубило» и раньше славилось боевым характером, то с впрысковым мотором оно стало куда более «покладистым», избавившись от непонятной нервозности Солекса.
На ВАЗах с Евро-2 стоял один катализатор – под днищем. На машинах с Евро-3 и выше к нему прибавился так называемый катколлектор
«Инжектор» открывал ворота в мир «чипованного волшебства» : «поколдовав» с настройками ЭБУ, можно было привить двигателю требуемый характер – сделать его еще более тяговитым на низах или, напротив, ценой «экологии» поддать лошадиных сил. Действительно, всесильная электроника позволила реализовать потенциал всего «железа», заложенный десятилетием ранее еще инженерами Porsche. Но, в отличие от брутально-спортивных вариантов на сдвоенных горизонтальных «веберах», впрысковый мотор Самары при этом оставался «паинькой» по экономичности и экологичности. Для производителя было также очень важно, что разработанные совместно с иностранцами и выпущенные серийно компоненты впрыска после сборки системы на двигателе не требовали тщательной настройки и калибровки «по месту».
Нет ничего удивительного в том, что впрыск стремительно набирал обороты как на переднем приводе, так и на классике. Разумеется, первым архаичный карбюратор исчез из-под капотов «десятки» и Самары, ну а к середине двухтысячных стало ясно, что новые экологические требования (минимум Евро-2) можно выполнить, только полностью отказавшись от прежней системы питания. Свои последние конвейерные дни вазовский карбюратор доживал уже на чужбине – в соседней Украине, где нормы токсичности Евро-2 вступили в силу лишь в 2006 году. Именно в то время выпуск новых автомобилей ВАЗ с «карбом» был полностью прекращен, а уже в следующем, 2007-м, АВТОВАЗ перешел на нормы Евро-3, что, в свою очередь, привело к прекращению выпуска полуторалитрового мотора ВАЗ-2111, соответствующего нормам токсичности Евро-2.
 |  |
Двигатель 2111 объемом 1,5 л легко отличить от более поздних модификаций по легкосплавному впускному коллектору. У 1,6-литрового восьмиклапанника модуль впуска выполнен из пластика
Появившиеся весной 2007 года Самары украинского производства даже с новым двигателем 11183-20 соответствовали старым нормам Евро-2
 |  |
Изначально у дроссельной заслонки был обычный механический привод – с помощью тросика
С января 2007 года под капотом российских Самар появился двигатель объемом 1,6 л, соответствовавший более жестким нормам Евро-3, который впоследствии получил такой девайс, как электронную педаль газа без жесткой механической связи с дроссельной заслонкой. Тем не менее концепция системы питания двигателей ВАЗ по сегодняшний день остаётся неизменной – это распределённый впрыск топлива с электронным управлением.
www.kolesa.ru
Еще недавно многоклапанные двигатели ставили только на гоночные автомобили, а сегодня существует не меньше сотни коммерческих моделей и модификаций, где использовано такое техническое решение. Что это, дань моде, очередной ход в конкурентной борьбе или действительно полезное усовершенствование? Об этом рассказывает инженер А. ФОМИН.
Когда нижнеклапанные двигатели ушли в прошлое, клапаны перекочевали наверх в головку блока, и с тех пор их расположение не менялось. Чтобы избежать длинных толкателей, которые ограничивали возможность форсирования двигателя по оборотам (такая конструкция — инерционная и нежесткая), распределительный вал перенесли в головку блока, чем и закончилась трансформация. Потом росли только степень сжатия и обороты. Но если «оборотистый» двигатель и годится для гонок (правда, не для всех), то для повседневной эксплуатации он не подходит: высоки требования к материалам, из которых сделаны детали, топливу и маслам, велики токсичность выхлопа и эксплуатационные расходы. Пришлось искать другие пути.
Площадь четырех вписанных кругов больше, чем двух; соответственно больше проходное сечение каналов, которые прикрыты клапанами.
Идею двигателя с четырьмя клапанами на цилиндр не назовешь особо оригинальной или новаторской, но нельзя отрицать и то, что это достаточно простой способ улучшить наполнение цилиндра горючей смесью и удаление отработавших газов из него. Нарисуйте окружность и впишите в нее две другие максимально возможного диаметра, а затем попробуйте изобразить то же, но уже с четырьмя. Большая окружность обозначает цилиндр, а малые — каналы, закрытые клапанами. Невооруженным глазом видно, в каком случае площадь, занимаемая вписанными кругами, больше и, следовательно, больше проходное сечение впускного и выпускного каналов в головке двигателя.
Четыре клапана «спустились» с высот формулы 1 сначала на другие гоночные, затем на более простые спортивные автомобили, а сейчас они бодро «шествуют» от дорогих машин в средний класс и дальше, к любимым нами малым и дешевым (этот этап начался буквально год-два назад).
Кстати, двигателю с четырьмя клапанами на цилиндр вовсе не обязательно иметь два распределительных вала в головке, как думают иногда автолюбители. Есть моторы, в которых клапаны приводит один вал, например у «Мазды-121». Эта японская двухдверная машина (на фото) по размерам — аналог нашей «Таврии» (длина соответственно 3810 и 3708 мм), а по рабочему объему двигателя близка «восьмеркам» и «девяткам». У «Мазды» два варианта двигателя рабочим объемом 1324 см и мощностью 53 и 72 л.с., а до «сотни» она разгоняется за 13,7 и 11,4 с соответственно (ВАЗ-2108: 1,3 л, 65 л.с., 16 с). Конечно, хорошие характеристики — показатель технического совершенства всей машины, и мотор с четырьмя клапанами сыграл здесь не последнюю роль. «Мазда-121» — самая маленькая из поставляемых в Европу модель этой фирмы. Чтобы двигатель был дешевле, применен только один распределительный вал, нет распространенных сегодня гидравлических толкателей — в процессе эксплуатации зазоры придется регулировать. Цена машины в Германии около 19 тысяч марок.
Схема механизма газораспределения двигателя «Мазды-121»: зеленым цветом выделен распредвал, коричневым — клапаны с пружинами и фиксирующими деталями. Интересно, что рычаги распредвала выполнены из легкого сплава (показаны желтым цветом) и снабжены стальными роликами (красные). Читатели легко найдут винты для регулировки зазора с контргайками и свечу зажигания (эти детали — белые).
Другая японская четырехклапанная машина, «Мицубиси-Галант» принадлежит к среднему классу (как наша «Волга») и стоит 37 тысяч марок (как самый дешевый «Мерседес»). В автомобилях такого класса простота и дешевизна — не главное; комфорт, техническое совершенство и снижение трудоемкости обслуживания гораздо важнее. На рисунке хорошо видны два распределительных вала, гидрокомпенсаторы клапанных зазоров. Заметим, что схема с двумя распредвалами применяется в четырехклапанных двигателях чаще. «Мицубиси-Галант» предлагают с двигателем рабочим объемом 2 литра в двух вариантах — с двумя и четырьмя клапанами на цилиндр (см. таблицу).
Вторая модификация — явно спортивного характера: заметно меньше время разгона, почти на две секунды, и расход топлива вполне приемлемый для такого мощного мотора.
Есть двигатели и с тремя клапанами на цилиндр: несколько таких моделей использует, например, «Тойота» на автомобилях «Старлет» и «Королла». В этом случае два клапана впускные, а один — выпускной. Это обусловлено тем, что для впуска требуется большее сечение: рабочая смесь хуже проходит по узким каналам, чем выхлопные газы.
Таковы дела на Востоке, но и на Западе не дремлют. Когда фирма «Опель» добавила к модификациям своей «Вектры» «модную» полноприводную, то едва не оступилась. Инертная трансмиссия, возросший вес машины почти свели на нет ее достоинства по сравнению с переднеприводной. Спасти положение помогла новая головка с четырьмя клапанами на цилиндр. Прибавилась мощность, динамика и скорость выросли под стать полноприводным амбициям (см. таблицу). Пожалуй, это пример настоящей конструкторской удачи, в чем убеждает сравнение «Вектры» и «Галанта», благо, по объему двигателей и габаритам они почти равны. Полноприводной машине по всем законам положено «есть» процентов на десять больше, но «Вектра» со всеми ведущими на поверку оказалась экономичнее переднеприводного «Галанта», что говорит само за себя.
Неумеренно популярный в нашей стране «Вольво-940GL» тоже имеет модификацию с многоклапанной головкой — 940GLT-16V, которая встречается намного реже. Резонно: нужда в лишних «лошадях» невелика, а платить за них мало желающих. Не прельщает и улучшенная динамика при умеренном росте расхода топлива (см. таблицу).
Внешне непохожие друг на друга, «Пежо-605» и «Ситроен-XM» по двигателям полностью идентичны: у обоих они V-образные шестицилиндровые, двух- и четырехклапанные. (Это варианты так называемого евромотора, разработанного и выпускаемого совместно еще с 70-х годов фирмами «Рено», «Пежо» и «Вольво» для своих престижных моделей.) «Пежо-605» — самая большая у этой фирмы, одна из самых солидных во Франции — должна представлять свою страну в крайне трудном для конкуренции «верхнем среднем» (по принятому в Германии делению) классе, соперничая с такими европейскими авторитетами, как «Ауди-100», БМВ пятой серии, «Мерседес-200-500E» (W124) (см. таблицу). Многоклапанный двигатель для данной модели (как и для «Вольво-940») — средство укрепиться на рынке мощных и скоростных автомобилей. 33 л.с. «сверху» и плюс 14 км/ч к максимальной скорости — неплохое приобретение при почти том же расходе топлива. А что предлагают серьезные и уважаемые БМВ и «Мерседес», ведь эти фирмы вряд ли клюнут на пустую затею? Если в 1988 году они делали по одной-две модели с четырехклапанными двигателями, то в 1992-м каждая выставила их более десяти — от купе и кабриолетов до универсалов, доказав, что спортивность не чужда и «грузовикам». Каковы же результаты?
Модель БМВ-318iS появилась как более дешевая альтернатива «325-й», но в то же время более мощная, чем базовая -318, специально для тех, кому не по карману «большой» двигатель. Более мощная машина получилась экономичнее на всех режимах, кроме городского цикла. Правда, для этого случая есть контраргумент — -318iS расходует бензин «супер», а не «нормаль», но в Германии разница в цене этих сортов бензина невелика (около пяти процентов).
Двигатель автомобиля «Мицубиси-Галант»: два распределительных вала, гидравлические компенсаторы клапанного зазора — типичные для четырехклапанных моторов.
Если сечение каналов больше, это не значит, что топлива в цилиндры поступает больше и расход должен быть выше. Многоклапанные головки двигателя позволяют изменить распределение рабочей смеси по камере сгорания, снизить потери впуска и уменьшить количество оставшихся в цилиндрах отработавших газов. Все это увеличивает КПД двигателя, следовательно, появляется возможность уменьшить расход, хотя бы на некоторых режимах. Кстати, двигатель потребляет не столько топлива, сколько войдет в цилиндры, карбюратор или система впрыска «определяют дозу» согласна желанию конструкторов. Но и разработчики иной раз вынуждены идти на уступки, например, применять высокооктановый бензин, как в описанном выше случае. А другие, более солидные модели? В таблице приведены характеристики БМВ 5-й серии. БМВ пришлось действовать так же, как «Опелю»: новая головка двигателя — и время разгона стало что надо! Так поступили в 1990 году с моделями -520 и -525, а еще через год выпуск этих моделей с двухклапанной головкой прекратили. Результат нам уже знаком: улучшены динамические качества, расход топлива снижен на всех стандартных режимах, кроме городского цикла.
Если не усложнять двигатель лишними валами и клапанами, а просто увеличить его объем? Ответ тоже есть в таблице. С появлением четырехклапанной «525-й» модель -530 (большего литража) сняли с производства. Машина с четырехклапанным двигателем разгоняется с места до 100 км/ч за 7,8 с, а с двухклапанным — за 8,5 с (с автоматической коробкой передач).
Если мы изучим все моторы, выпускаемые БМВ и «Мерседес-Бенц», то убедимся, что двухклапанные в последние годы почти не встречаются. Осенью 1992 года «Мерседес» упразднил их на самых популярных моделях -200 и -300, заменив четырехклапанными.
Конечно, улучшить характеристики автомобиля можно не только изменив конструкцию двигателя (увеличив число клапанов). Нередко вместе с этим изменяют передаточные числа в коробке передач, модифицируют систему впрыска топлива и т. д. Вспомните: у «Жигулей» двигатели разной мощности комплектуются коробками передач с различающимися передаточными числами. Но все же ведущие фирмы все шире применяют четырехклапанные двигатели. Исключение составляют американские: они комплектуют такими моторами лишь спортивные модели («Олдсмобил-Катлесс») и те, что изготовлены по кооперации с японскими фирмами («Форд-Торус-SHO»).
Каковы дальнейшие перспективы развития многоклапанных двигателей? Видимо, к концу десятилетия они полностью или почти полностью вытеснят обычные. «Мазда-121», о которой мы говорили,— далеко не предел: в Японии, где все еще популярны микролитражные, как говорили раньше, машины, четырехклапанный двигатель объемом 600—800 см3 (у той же «Мазды», «Дайхатсу», «Субару») — не редкость. В условиях современного производства затраты на выпуск технологически более сложной головки блока невелики, а повышенная цена автомобиля, как правило, оправдывается хорошими характеристиками и не отпугивает покупателя.
Некоторые и у нас, и на Западе ездят на четырехклапанных машинах, даже не подозревая об этом. Автомобильные фирмы иной раз упоминают о конструкции только в технических характеристиках: ведь потребителя волнуют эксплуатационные показатели, а не устройство двигателя. Другие, наоборот, стремятся подчеркнуть технический уровень или спортивные качества модели, тогда в названии появляются обозначения «16V», «24V». Первое говорит о том, что двигатель имеет четыре цилиндра и четыре клапана на цилиндр, всего шестнадцать, а второе — шесть цилиндров, по четыре клапана на каждый (6X4=24). Индексы трехклапанных двигателей «12V», «18V». Те же надписи могут быть и на клапанной крышке, а кроме них «DОНС» и «Twincam», что означает «два распределительных вала в головке». Если же рядом с «DОНС» не стоит «12V» или «24V», то двигатель вовсе не обязательно четырехклапанный: два распредвала могут быть и у обычного, двухклапанного.
Представим, что вы пришли в магазин и увидели некую модель как с двухклапанным двигателем, так и с четыреклапанным. Какой вариант предпочесть? С точки зрения «чистого ездока», автомобиль с многоклапанным мотором, безусловно, хорошее приобретение: высокая мощность, отличная динамика при приемлемом расходе топлива будут радовать. Но заплатить придется на 10—30% больше, правда, не только за клапаны: вы наверняка получите еще литые диски, широкие покрышки, спойлеры и много других приятных мелочей. В эксплуатации такой автомобиль будет ненамного дороже, но в случае крупного ремонта двигателя возможны дополнительные расходы: запчастей понадобится больше и придется поискать того, кто возьмется.
Есть еще нюанс: мощная машина великолепно проявляет темперамент водителя, и если вы привыкли давить на газ до упора, на умеренный расход не надейтесь. Впрочем, клапаны тут не виноваты, чаще посматривайте на эконометр и держите стрелку подальше от красной зоны.
Сравнительные характеристики автомобилей с двух- и четырехклапанными двигателями.
| Индекс | 2.0GLSi | 2.0GTi-16V |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 109(80)/5500 | 146(107)/6500 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 159/4500 | 170/5000 |
| Максимальная скорость, км/ч | 188 | 207 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 10,6 | 8,8 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 6.2/8.1/10.0 | 7.2/8.9/11.4 |
| Индекс | 4×4 2.0i | 4×4 2.0i16V |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 115(85) / 5200 | 150(110) / 6000 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 170 / 2600 | 196 / 4800 |
| Максимальная скорость, км/ч | 194 | 214 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 10,8 | 9,3 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 7.2 / 8.6 / 11.9 | 6.8 / 8.3 / 11.5 |
| Индекс | 940GL | 940GLT 16V |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 131(96) / 5500 | 155(114) / 5700 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 185 / 2950 | 203 / 4450 |
| Максимальная скорость, км/ч | 190 | 200 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 11,2 | 10,2 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 7.1 / 9.2 / 12.9 | 7.3 / 9.7 / 13.4 |
| Индекс | 605SV 3.0 | 605SV24 |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 167(123) / 5600 | 200(147) / 6000 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 235 / 4600 | 260 / 3600 |
| Максимальная скорость, км/ч | 222 | 236 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 8,6 | 8,2 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 8.8 / 9.6 / 15.0 | 7.8 / 9.6 / 15.5 |
| Индекс | 318i | 318iS |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 113(83) / 5500 | 136(100) / 6000 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 162 / 4250 | 172 / 4800 |
| Максимальная скорость, км/ч | 188 | 202 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 10,8 | 9,9 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 6.7 / 8.6 / 10.3 | 6.4 / 8.2 / 10.9 |
| 2 клапана 4 клапана 2 клапана 4 клапана 2 клапана | |||||
| Индекс | 520i | 520i | 525i | 525i | 530i |
| Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин | 129(95) / 6000 | 150(110) / 5900 | 170(120) / 5800 | 192(141) / 5900 | 188(138) / 5800 |
| Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин | 164 / 4300 | 190 / 4700 | 222 / 4300 | 245 / 4700 | 260 / 4000 |
| Максимальная скорость, км/ч | 203 | 211 | 221 | 230 | 227 |
| Время разгона с места до 100 км/ч, с | 11,9 | 10,0 | 9,5 | 8,6 | 8,6 |
| Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле | 7.0 / 8.5 / 13.1 | 6.6 / 8.1 / 13.9 | 7.5 / 9.2 / 13.6 | 6.9 / 8.6 / 14.2 | 7.4 / 9.2 / 15.9 |
А. ФОМИН («За рулем», 1993, № 1)
www.icarz.ru
Класс 88 с
Х 2293,, ПАТЕНТ HA ИЗОБРЕТЕНИЕ
ОПИСАНИЕ многоклапанного ветряного двигателя с вертикальною осью.
К патенту В. А. Барановского, заявленному 26 июля 1923 r. (ваяв. свид. № 74965-а).
0 выдаче патента опубликовано 28 февраля 1927 года. Действие патента распространяется на 15 лет от 15 сентября 1924 года.
На фиг. 1 изображена половина ко-; леса двигателя в вид сверху; на фиг. 1
2 — перспективный боковой вид колеса двигателя, и на фиг. 3 — деталь
1 устройства поводков.
Двигатель состоит из колеса с одним рядом спиц, концы которых по окружности заканчиваются шарнирами д, поддерживающими штанги а, укрепленные в шарнирах средними частями, при чем нижние ветви штанг делаются тяжелее верхних с целью придания штангам автоматически вертикального положения. Верхние концы штанг могут быть наклонены к центру колеса, при этом штанга принимает горизонтальное положение.
На каждую штангу при помощи колец надевается мягкое крыло в виде четырехугольной лопасти. Наружные ребра лопастей прикрепляются при помощи гибких поводков d к предыдущей штанге. Число поводков зависит от высоты крыла и определяется тем условием, чтобы при работе двигателя не получалось прогиба крыла под напором ветра. К верхним концам штанг прикрепляются гибкие тяги о, направляемые радиально к центру колеса двигателя, где каждая тяга проходит через блок f в отверстие подшипника оси двигателя и затем направляется вдоль вала е и прикрепляется к муфте с, свободно скользящей вдоль оси двигателя. Перемещение муфты с в ту или другую сторону вдоль вала двигателя переводит штанги двигателя от вертикального положения до горизонтального, чем и изменяет условия действия ветра на крылья двигателя.
Под давлением ветра, крылья двигателя в передней половине колеса отбрасываются внутрь колеса, а в задней половине внаружу — и те и другие в границах допускаемых поводками. В правой половине колеса, в определенной точке. каждое крыло автоматически перестраивается из внутреннего положения в наружное — рабочее, а в левой половине переходит в обратное полоПРЕДМЕТ ПАТЕНТА, C?3vI1-1
Тино-Литографии «Краоный Печатник», Ленинград, Международный, 75. жение. Число крыльев, размер их и диаметр колеса зависят от заданной мощности двигателя.
Многоклапанный ветряный двигатель с вертикальною осью,. характеризующийся применением парусов, удерживаемых гибкими поводками д и прикрепленных к штангам а, шарнирно закрепленным на концах спиц и поворачиваемых посредством шнура 6, прикрепленных к муфте с, скользящей по валу е двигателя.
Похожие патенты:
Изобретение относится к ветротехнике, а именно к ветродвигателям с вертикальной осью, и может использоваться в народном хозяйстве для получения механической или электрической энергии
Изобретение относится к ветроэнергетике и касается роторов типа ротора Савониуса, применяемых в ветро- и гидродвигателях,и позволяет увеличить коэффициент использования энергии ветра (течения воды) и мощность ротора
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветророторам, преобразующим энергию ветра во вращение ротора
Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано для создания ветроэнергетических станции
Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано при создании установок повышенной мощности
Изобретение относится к ветротехнике и позволяет исключить специальные механизмы поворота и увеличить рабочий диапазон поворота несущего основания, в котором активно работают лопасти
Многоклапанный ветряной двигатель с вертикальною осью
www.findpatent.ru
Класс 88 с () 1, ПАТЕНТ Н
ОПИСАНИЕ ветряного многоклапанного двигателя.
К патенту И. И. Луцакова, заявленному 12 июля 1921 года (заяв. свид. № 74675).
0 выдаче патента опубликовано 30 апреля 1925 года. Действие патента распространяется на 15 лет от )5 сентября 1924 г.
В предлагаемом горизонтальном ветряном двигателе автор старается достичь возможного упрощения механизма и возможности управления им.
На фиг. 1 и 2 изображена в вертикальной и горизонтальной плоскостях установка двигателя на заводской трубе; на фиг. 3 — разрез крыла двигателя по оси вращения крыла, и на фиг. 4 — | вид крыла по оси вращения послед-, 1 него. (Двигатель состоит из двух металли- ческих колец га и г, соединенных спицами а (фиг. 1 — 3), на которых на- сажены трубки з, несущие эксцентрично расположенные лопасти ю а, из коих по-, верхность нижней лопасти в 1 /а — 1 (j раза более верхней (фиг. 3 — 4). Вра- j щение трубки з ограничено упорами так, что поворот возможен только на угол в 90, при чем крылья могут становиться в вертикальном или горизонтальном положении.
Подвижное кольцо ж сидит на шариках неподвижного кольца в и снабжено зубчатым венцом яс, передающей вращение двигателя передаточной оси л.
По ободу наружного кольца г укреплены полуконусообразные паруса д, являющиеся дополнительными двигающими органами двигателя.
На одном основании можно установить несколько систем двигателей, соединенных стержнями е (фиг. 1).
Благодаря ограниченному (всего на
90 ) повороту крыльев к, эксцентричности расположения плоскостей и неуравновешенности их, они стремятся принимать вертикальное положение, прй чем при любом направлении ветра одна половина крыльев двигателя, под напором ветра, останется в вертикальном положении (как показано сплошными линиями на фиг, 4) и примет на себя работу ветра, а другая половина крыльев, (как показано пунктиром на фиг. 4), двигаясь против ветра, примет горизонтальное положение, скрываясь от напора ветра за наружный обод двигателя. Изменение направления вращения колеса достигается перестановкою упоров, ограничивающих поворот крыльев.
Передача работы двигателя машине происходит через посредство рабочего вала л.
Для сохранения двигателя во время урагана, автор предлагает снятие нагрузки, т. е. разъединение с машиной.
ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ.
Ветряный многоклапанный двигатель, характеризующийся совокупным применением: а) поворачивающихся на 90 лопастей к, подвешенных к горизонтальным осям или спицам а, закреплен- ным в кольце ис, при помощи шариков поворотно установленном на неподвнж- ном кольце в и снабженном зубчатым венцом для передачи вращения рабочему валу, при чем над вышеуказанным поворотным кольцом с лопастями к может быть расположено еще подобное же кольцо, соединенное с ним стержнями или болтами с, и б) составного кольца г, закрепляемого на вышеупомянутых осях или спицах а и снабженного полуконическими парусами д.
Похожие патенты:
Изобретение относится к ветротехнике, а именно к ветродвигателям с вертикальной остью вращения
Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветряным агрегатам для получения сжатого воздуха или выработки электроэнергии
Изобретение относится к экологически чистой ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии или выполнения механической работы
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии или выполнения механической работы
Изобретение относится к энергетике, а именно к ветряным двигателям, и может быть использовано в качестве автономного источника энергии на зданиях, имеющих достаточную высоту
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии, используя энергию ветра при нормальных погодных условиях и при ураганах
Изобретение относится к ветроэнергетической установке с вертикальной осью и системе генерирования энергии ветра и, в частности, к ветроэнергетической установке с вертикальной осью, содержащей опорную раму; основной вертикальный вал, установленный с возможностью вращения на опорной раме; крепежный элемент, закрепленный на основном вертикальном валу; опорную консоль, прикрепленную одним концом к крепежному элементу; и проходящую по вертикали лопасть, установленную на другом конце опорной консоли, при этом лопасть имеет наклонную часть, образованную на верхнем и нижнем концах, наклоненную внутрь под углом от 30 до 45 градусов по отношению к вертикальной оси основного вала, причем ширина лопасти составляет от 45 до 55% от радиуса орбиты лопасти, когда лопасть вращается вокруг основного вертикального вала
Ветряный много клапанный двигатель
www.findpatent.ru
Хорошо, когда машина новая - двигатель работает тихо, его не слышно даже на разгоне с полным «газом». Но идет время - и однажды вы замечаете, что от былой «тишины» не осталось и следа, а, открыв капот, видите некоего грохочущего зверя, который вместо привычного пения издает явно оскорбляющие слух звуки.
Шумность работы двигателя чаще всего связана с газораспределительным механизмом - большие зазоры и стук всегда соседствуют друг с другом. Первое, что приходит в голову - отрегулировать зазоры в приводе клапанов. Часто это помогает, но иногда после регулировки кажется, что стук стал даже сильнее: один или несколько клапанов продолжают стучать. И совершенно непонятно почему: ведь зазоры в норме, да и распределительный вал с виду хороший. Причина, похоже, не лежит на поверхности, она где-то внутри, но где? Надо бы разобраться, да некогда. А стук становится все громче.
То, что клапан - деталь ответственная, никому объяснять не надо. И то, что неисправности клапанов - штука не только серьезная, но и опасная, многим известно не понаслышке. Возникают подобные неисправности по разным причинам.
И встречаются среди них совершенно неочевидные, так что при ремонте не удается ограничиться только заменой неисправной детали.
Кстати, в любом случае перед тем, как что-либо ремонтировать или менять, полезно найти причину конкретной неисправности. Иначе та же участь в скором будущем может постигнуть и совсем новую, только что установленную деталь. А чтобы этого не случилось, желательно знать, в каких условиях она работает.
Как работает клапан
Основная задача клапанов - управление потоками топливовоздушной смеси и продуктов сгорания, поступающих в цилиндр или вытекающих из него. Следовательно, клапан при его открытии должен свободно пропускать смесь или газы, то есть обладать минимальным гидравлическим сопротивлением. В то же время закрытый клапан должен обеспечивать герметичность и полностью отделять полость цилиндра от впускной или выпускной системы двигателя.Kлапаны работают в условиях сильного нагрева от горячих газов, обтекающих их тарелки. И если впускной клапан при открывании периодически охлаждается поступающей в цилиндр топливовоздушной смесью, то выпускной работает в гораздо более жестких условиях. Открываясь на такте выпуска, он еще больше нагревается горячими выхлопными газами, и температура его тарелки достигает 850-900°С.Для того чтобы клапаны могли противостоять таким тепловым нагрузкам, их приходится изготавливать из специальных жаростойких сталей и сплавов с большим содержанием хрома, никеля, молибдена и даже вольфрама.Эти материалы весьма недешевы, из-за чего нередко выпускные клапаны изготавливают из разнородных материалов: тарелку - из жаростойкого сплава, а стержень - из легированной стали. Кстати, впускные и выпускные клапаны самых разных моторов очень легко отличить: тарелки выпускных клапанов не обладают магнитными свойствами.Чтобы снизить износ фаски при высоких рабочих температурах, на нее нередко наплавляют специальный твердый материал - стеллит. Реже применяют натриевое охлаждение клапана: натрий, перемещающийся во внутренней полости клапана при его открытии и закрытии, переносит тепло от горячей тарелки к более холодному стержню.Практика тем не менее показывает, что даже самый жаростойкий клапан все равно прогорит, если не будут выполнены и некоторые другие условия, главное из которых - плотная посадка тарелки в седле. Дело в том, что только хороший контакт клапана с седлом позволяет надежно отвести тепло от нагретой тарелки. Ведь седло довольно холодное, оно запрессовано в тело головки блока, охлаждаемой жидкостью.Через седло отводится до 75% всего тепла, поступающего к тарелке, - весьма и весьма значительная часть. Естественно, если контакт с седлом нарушен, тарелка сразу начинает перегреваться. Значит, до прогара жить клапану остается недолго. Ознакомиться с современными принципами обработки сёдел и клапанов можно прямо сейчас!Выглядит это как цепная реакция. Небольшая неплотность в сопряжении тарелки и седла приводит к прорыву газов. Отвод тепла от тарелки в этом месте отсутствует, и тарелка перегревается. Неплотность увеличивается, а вместе с ней растет и температура тарелки. В конце концов материал начинает разрушаться, туда устремляется еще больше горячих газов, и дефект тарелки быстро распространяется до тех пор, пока цилиндр полностью не выключается из работы из-за отсутствия компрессии.Как видим, хорошее сопряжение тарелки с седлом «убивает» сразу «двух зайцев»: снижает температуру клапана до приемлемого уровня и обеспечивает герметичность. И трудно сказать, что важнее. По крайней мере, для работоспособности самого клапана важно первое, а для двигателя в целом - второе (имеются в виду хорошие пусковые свойства, мощностные характеристики, экономичность).Кроме указанных условий, работа клапана (открытие и закрытие) должна быть достаточно «мягкой» и не вызывать излишнего шума. Шум или, точнее, стук клапанов - верный признак неисправности, а возникающие при стуке ударные нагрузки нередко сами по себе вызывают еще более серьезные неисправности и даже поломки клапанов.
Откуда берется стук?
Причин несколько. Самая простая уже упомянута - большой зазор в приводе. Кулачок распредвала из-за этого набегает на толкатель (рычаг или коромысло) не плавно, а с ударом, который тем сильнее, чем больше зазор.Что страдает в данном случае в первую очередь? То, что воспринимает ударную нагрузку: рабочие поверхности кулачка распредвала и толкателя, а также опорная поверхность толкателя и торец стержня клапана. На них нередко образуются повреждения в виде точечных раковин, которые в дальнейшем расширяются и углубляются.Но этим дело не ограничивается. Клапан не только с ударом открывается, но также резко, со стуком, закрывается. А это значит, что ударная нагрузка при закрытии приходится на уплотнительную фаску клапана и седло. Кроме того, в момент удара при посадке на седло на стержень клапана действует большая растягивающая нагрузка от пружины. Длительная работа в таких условиях весьма опасна: тарелка может просто оторваться от стержня либо стержень разрушится по другому слабому месту - канавке для сухарей.Но допустим, что зазоры в приводе клапанов нормальные, а стук все равно прослушивается.Чаще всего причина такого стука кроется в большом зазоре между стержнем клапана и направляющей втулкой. Ситуация эта наиболее характерна для старых, изрядно походивших, моторов. Иногда стук клапана связан с неконцентричностью седла и отверстия направляющей втулки, что является следствием перегрева головки блока или неправильно выполненного ремонта. При этом клапан садится на седло сначала одним краем тарелки, и только затем, перекатываясь во втулке в пределах зазора, полностью. Из-за этого, кстати, износ направляющей втулки быстро прогрессирует.Быстрый износ направляющей втулки и стук клапана возникают и по другим, более сложным, причинам. Например, когда гнездо цилиндрического толкателя клапана несоосно, либо имеет перекос по отношению ко втулке. Подобный дефект иногда встречается на отечественных моторах. Стук возможен также из-за повышенных зазоров в деталях привода - в осях коромысел, в гнездах цилиндрических толкателей, а также в подшипниках распределительного вала.Все эти стуки на слух достаточно похожи, и поэтому часто выделить конкретную причину без разборки и внимательной ревизии состояния деталей не удается. Но в любом случае нужно иметь в виду, что раз есть стук, значит, нагрузки в местах контакта деталей носят ударный характер. Как правило, такой стук быстро прогрессирует, что грозит не только износом клапанов и сопряженных с ними деталей, но и их поломкой.
Почему сломался клапан?
Сам по себе стук может и не вызвать поломку. Но в любом случае важно понять, почему клапан начал стучать? А причин, спровоцировавших появление стука, оказывается, немало...Самая распространенная - неграмотная эксплуатация, неквалифицированное и несвоевременное обслуживание двигателя. Очевидно, регулировка зазоров в приводе клапанов от случая к случаю - верный способ ускорить износы, вызвать стуки, а затем и поломки.Очень опасно при регулировке устанавливать слишком малые зазоры: при работе двигателя клапаны нагреются, их длина увеличится, и, когда зазор выберется полностью, клапаны «повиснут». А тогда неплотная посадка на седло приведет к перегреву тарелок и прогару.Довольно распространенная причина прогара выпускных клапанов - слишком позднее зажигание. Особенно если двигатель длительное время работает на больших частотах вращения и нагрузках. Но и раннее зажигание - тоже для клапанов не подарок, ведь температура газов в цилиндре в этом случае максимальна. Значит, неправильная установка опережения зажигания вызывает не только потерю мощности и увеличение расхода топлива, но и неисправности клапанов.Использование некачественного масла - тоже возможная причина износа втулок и стержней клапанов. Кроме того, такое масло имеет свойство коксоваться в нижней части стержней клапанов. Из-за этого клапан будет все туже ходить во втулке, а затем и вовсе может заклинить в ней.В конце концов он получит-таки поршнем по тарелке со всеми вытекающими последствиями.Нагар, откладывающийся на тарелках клапанов (особенно впускных), например, из-за износа маслосъемных колпачков, тоже небезобидная вещь. Достигая солидной толщины, нагар начинает откалываться. И частицы довольно крупных размеров легко могут попасть между фаской и седлом клапана. А после этого плохой контакт с седлом и перегрев тарелки неминуем.Интересно отметить, что значительные отложения нагара на клапанах, вызывающие подобные неприятности, далеко не всегда связаны с износом маслосъемных колпачков. Судите сами: повышенное давление в картере из-за неисправности системы вентиляции или износа цилиндропоршневой группы легко может выдавливать масло к тарелкам клапанов даже через самые новые колпачки.Некоторые «горячие головы» предпочитают отсоединять шланг вентиляции картера от воздушного фильтра и выводить его куда-нибудь под днище автомобиля - так якобы мотору «легче дышится». И невдомек им, что на некоторых режимах в картере создается разрежение, и пыль, засасываемая в двигатель через шланг, не только быстро загрязняет масло и масляный фильтр, но и попадает к направляющим втулкам и стержням клапанов. Комментарии, как говорится, излишни.Но, пожалуй, самые серьезные последствия для клапанов таит в себе несоблюдение сроков замены ремня привода распределительного вала. Попытки поставить новый ремень и так доехать, к примеру, до гаража, редко оканчиваются благополучно. Деформированные клапаны каждый раз при посадке на седло испытывают большие изгибающие нагрузки и через 10-15 минут работы, как правило, ломаются. А такая поломка клапана - это, как минимум, замена поршня, головки блока, шатуна.Целый ряд проблем вносит в работу клапанов некачественно выполненный ремонт. Например, наиболее «опытные» механики не утруждают себя использованием специальных приспособлений для сжатия пружин клапанов. Их «коронные» инструменты - стальная труба и молоток: стукнул посильнее - и порядок. Только вот клапан может получить повреждение по канавке для сухарей. А потом, много позже, в этом месте сломаться.Очень опасно попадание абразивной пасты в направляющую втулку во время притирки клапана к седлу. Промыть такую втулку - целая история. Но если этого не сделать, история получится с продолжением максимум на 5-10 тысяч километров пробега. После этого износ втулки и стержня, скорее всего, превысит все разумные пределы.Некоторые механики стремятся сделать зазор клапана во втулке как можно меньше. Это заблуждение нередко приводит к заклиниванию клапана с весьма неприятными последствиями.Еще одна ошибка - притирка клапанов без правки седел. Как показывает практика, после длительной эксплуатации и особенно после замены направляющих втулок их несоосность с седлами - обычное дело. В подобных случаях одна лишь притирка, скорее всего, приведет к стуку клапанов и быстрому износу деталей.Когда головка блока полностью собрана с клапанами, очень легко испортить всю работу, обстукивая клапаны молотком. Результат может быть тот же, что и при «ударной» разборке, особенно у современных многоклапанных двигателей с клапанами малого диаметра.Из всех этих факторов складывается довольно ясная картина: когда клапан неисправен, ему, скорее всего, кто-то в этом «помог».И задача механика - не только не стать очередным «помощником», но ликвидировать все последствия прежней «помощи», которые обычно несут на себе после долгой работы клапаны и другие детали. Только так можно быть уверенным, что клапан не подведет.
www.motornn.ru
Многоклапанные МГР (3, 4, 5 клапанов на цилиндр) позволяют получить более высокий коэффициент наполнения за счет увеличения общего проходного сечения трактов. При этом уменьшаются габариты и масса подвижных элементов МГР и, следовательно, силы инерции. Однако при этом повышаются стоимость изготовления, сложность конструкции и снижается надежность функционирования МГР.
По месту расположения распределительного вала различают МГР с нижним или средним и верхним расположением.
Нижние распределительные валы располагают в картере двигателя, а в V-образных конструкциях – в развале блока цилиндром Достоинствами данного расположения являются простота конструкции и компактность привода. К недостаткам схемы относятся сравнительно большая масса движущихся элементов МГР и меньшая жесткость привода клапанного узла из-за длинной податливой штанги, что может привести к возникновению колебаний и изменениям требуемого закона подъема клапана. Поэтому такая схема используется в двигателях с относительно невысокой номинальной частотой вращения.
Привод распределительного вала от коленчатого вала обычно осуществляется с помощью зубчатой пары. Для снижения шума при работе зубья шестерен выполняют косыми. С этой же целью шестерню распределительного вала нередко изготовляют из текстолита.
Привод клапана от кулачка распределительного вала осуществляется через толкатель, штангу и коромысло.
Верхние распределительные валы устанавливают в головке блока цилиндров. Это обусловливает большое межосевое расстояние между коленчатым и распределительным валами. Причем из-за большого диаметра шестерни на распределительном валу габариты двигателя, особенно четырехтактного (в головке), возрастают. Для привода клапанов могут использоваться один или два распределительных вала.
Привод распределительного вала от коленчатого вала организуется цепью или зубчатым ремнем. В мощных дизелях привод возможен с помощью цилиндрических шестерен, а также системы промежуточных валов с коническими или винтовыми шестернями.
Привод распределительного вала зубчатым ремнем обеспечивает достаточную долговечность, устойчивость регулировок, приемлемую стоимость, низкий уровень шума и не требует смазки. Ремень изготовляют из синтетических материалов, армированных стекловолокном или проволочным кордом. От схода с цилиндрических зубчатых шкивов и натяжного ролика его перемещение ограничено буртиками.
Цепная передача распределительного вала обеспечивает простоту конструкции, снижение массы привода, сравнительно малую шумность работы. В приводе используют зубчатые или втулочно-роликовые двухрядные цепи, которые дешевле и получили большее распространение. К недостаткам цепного привода относятся вибрация цепи при резко меняющихся нагрузках, а также ее износ и вытяжка в процессе эксплуатации. Для устранения вибрации применяют успокоители колебаний и натяжные устройства.
Привод распределительных валов цилиндрическими шестернями осуществляется большим количеством шестерен, а это увеличивает массу двигателя.
Привод распределительных валов с промежуточными валами надежен в работе, но сложен и требует точной регулировки зацепления шестерен.
Привод клапанов осуществляется одним или двумя распределительными валами.
При одном распределительном вале и двух клапанах на цилиндр с продольным расположением предпочтителен непосредственный привод их кулачками вала через направляющий стакан, перемещающийся в стойке или через одноплечие рычаги, а при поперечном и косом расположении клапанов – через коромысла.
Для ГРМ с двумя распределительными валами характерен непосредственный привод клапанов кулачками вала. При этой схеме удобно располагать в центре камеры сгорания свечу или форсунку. Аналогично для многоклапанных механизмов здесь возможен привод непосредственно от кулачков или попарный с помощью продольной траверсы или вильчатых коромысел.
studenty.ucoz.ru
