В управлении проектирования двигателей Волжского автозавода мы выяснили, чем новый агрегат лучше предшественника и какие переделки для этого потребовались.
Модернизацию восьмиклапанного двигателя ВАЗ-21114 приблизили два крупных события: выпуск на рынок «Гранты» и переход всего модельного ряда на следующую экологическую ступеньку — Евро-4. И хотя прежний 1,6-литровый, несмотря на солидный возраст (его корни тянутся к середине 80-х годов прошлого века), не выглядел немощным стариком, новые стандарты и веяния требовали обширных изменений. В то же время возможности маневра мотористам, как это часто бывает, сужали финансовые рамки.
Поэтому пошли по уже проторенной дорожке. Ведь несколькими годами ранее обновление пережил 16-клапанный двигатель того же объема (ВАЗ-21126), на котором обкатали некоторые технические решения. Причем унифицировать смогли не только подход, но и многие детали, например шатун с вкладышами, поршневой палец и кольца. Блок цилиндров хоть и с собственным индексом, но в точности как у двигателя ВАЗ-21126: с дополнительными форсунками для охлаждения поршней маслом и платохонингованием стенок цилиндров, снижающим продолжительность обкатки.
Однако скопировать в точности все изменения не получилось: организовать рабочий процесс в моторе с двумя клапанами на цилиндр сложнее. Тем более что требования к модернизированному восьмиклапаннику оказались жестче. Взять хотя бы ресурс — 160 тыс. км для ВАЗ-21126 и 200 тыс. км для ВАЗ-21116. Что меняли и почему, расскажут фотографии с подписями.
H
Новый H-модуль впуска опробовали еще на промежуточном варианте — двигателе ВАЗ-11183-50 (с катколлектором под Евро-4, но с тяжелой шатунно-поршневой группой). Даже без облегчений, только за счет оптимизации впуска и выпуска удалось улучшить основные характеристики.
Модернизированный узел получил более длинные каналы, что позволило поднять крутящий момент, приблизившись к показателям шестнадцатиклапанника. При этом у ВАЗ-21116 его пик достигнут на 700–800 об/мин ниже. Другая важная особенность: на входе в ресивер теперь установлен электромеханический модуль дроссельной заслонки (обиходное название «е-газ»), а от педали акселератора к двигателю протянут не тросик, а провода. Тем самым блок управления получил возможность полностью контролировать подачу не только бензина, но и воздуха в цилиндры. Это во благо не только экологии, но и безопасности, ведь многие электронные ассистенты (их список на вазовских моделях в скором времени пополнится) удерживают автомобиль на траектории в том числе путем дозирования тяги.
Массы шатунно-поршневых групп для двигателей ВАЗ-21114 (тяжелая ШПГ, данные в скобках) и ВАЗ-21116 (облегченная ШПГ).
В прежнем катколлекторе с цилиндрическим блоком четыре канала, идущих от двигателя, сходились почти в одну точку, — потоки выхлопных газов сталкивались, создавая дополнительное противодавление.
H
В модернизированном увеличили длину труб, а приплюснутая форма блока позволила изменить схему их входа в «бочонок»: потоки развели, соответственно, снизив сопротивление и потери.
Сделать каналы еще длиннее не позволила компоновка и нормы по шуму: чем каналы протяженнее, тем громче звук. Кроме того, чем дальше катколлектор отодвинут от двигателя, тем медленнее он прогревается и дольше выходит на рабочий режим. Результат: больше вредных веществ вылетает из выхлопной трубы после пуска.
Одним из самых трудоемких процессов оказался подбор поршня. Поначалу хотели оставить мотор «безвтычным» (при обрыве ремня ГРМ клапаны не загибаются), поэтому первые поршни были с лунками на днище. Но от этой идеи отказались: из-за повышенной термонагруженности в утонённых местах появлялись микротрещины, что сказывалось на ресурсе. Так как у восьмиклапанного мотора часть камеры сгорания расположена в поршне (только так можно обеспечить нормальный процесс горения), подбирали размер так называемой мульды (нем. Mulde — ложбина, корыто) — углубления в днище.
H
Из-за критической температуры в зоне первого поршневого кольца пришлось ввести дополнительное анодирование канавки. Кстати, 16-клапанные моторы испытывают меньшую термическую нагрузку в этой зоне и потому обходятся без дополнительной обработки.
У нового поршня еще одно любопытное и очень важное для наших условий отличие. На юбку наносят графитовое покрытие, снижающее вероятность задиров при холодном пуске. Не исключено, что ВАЗ-21116 поделится графитированием с 16-клапанными агрегатами.
Показатели мощности и крутящего момента восьмиклапанных двигателей ВАЗ: 21114 — с относительно тяжелой ШПГ; 11183–50 — с тяжелой ШПГ, но с новыми впуском и выпуском; 21116 — полностью модернизированный.
Еще обширнее изменения в головке блока. Из-за измененной камеры сгорания она подросла в высоту на 1,2 мм — такую корректировку можно вносить без серьезной переналадки работающего в заводских цехах оборудования.
H
Используя компьютерное моделирование, подобрали оптимальное проходное сечение газовых каналов, улучшив их пропускную способность и снизив потери на впуске. Так как мощность повысили, двигатель стал более термонагруженным, поэтому пришлось включить в технологический процесс дополнительную операцию — термообработку. Кстати, ее проходят все 16-клапанные головки. Кроме того, ради более эффективного отвода тепла увеличили сечение охлаждающих каналов, но только тех, которым это действительно необходимо.
www.zr.ru
Начиная c 2009 года, нашу Ниву Нивой называть нельзя. Продан бренд. Продан вместе с наработками по ВАЗ 2123 и теперь мы знаем его как Шевроле Нива. Лада 4х4, как она официально теперь называется, для нас все равно останется Нивой. В текущем 2017 году этому автомобилю исполняется сорок лет. Долгожитель получил не так много обновлений, как этого хотелось бы и как он того заслужил, но самая важная новость, которой нас пугает АвтоВАЗ лет пять — Лада 4х4 в 2017-м наконец-то получит новый двигатель. Неплохой подарок на сорокалетие.
Классический 1.7
На АвтоВАЗе дали очередной повод для броского заголовка. Даже для четырёх броских заголовков:
Какой-то владелец Форда или Фольксвагена и бровью не повёл бы от таких новостей, но наша публика, которая ездит на отечественных машинах, не так разбалована всякими DSG и прочими твинтурбо. Поэтому и событие это из ряда вон выходящее.
АвтоВаз обещает новый «старый» двигатель 1.8, который уже вовсю ставят на Весту
Моторчик этот, откровенно говоря, уже не такой новый, его начали выпускать ещё с февраля 2016 года, но ставили только на Весту, Х-рей и Ларгус.
Первый и единственный тольяттинский внедорожник теперь будет щеголять 122 лошадиными силами 1774-кубового мотора и крутящим моментом 170 Нм, который доступен на 3750 об/мин.
Вот список инноваций по-тольяттински, реализованных в этом двигателе:
Это вкратце. А кому интересны подробности, милости просим.
Характеристики для сравнения.
Собственно, даже на момент запуска в серию, с 2016 года, этот мотор не был абсолютно новым и уникальным.
По сути, это все тот же 16-клапанный ВАЗовский двигатель, который всем хорошо знаком по переднеприводным автомобилям, начиная с десятки, а позже — с Приоры. По крайней мере, блок цилиндров полностью унифицирован с моторами 21126, 21127 и 21129 — диаметр цилиндров тот же, та же высота гильзы.
Разница только в дополнительных масляных и водяных каналах для системы изменения фаз в головке блока. 1774-кубового объёма инженеры добились, применив коленвал с увеличенными кривошипами. Следовательно, ход поршней увеличился с 75,6 и до 84 мм.
Коленвал получил другие размеры диаметра шейки шатуна и дополнительные каналы для масла.
Из-за внедрения системы изменения фаз пришлось серьёзно модернизировать систему смазки.
Кроме дополнительных маслопроводов, система получила более производительный маслонасос корейской компании GMB. Если родной насос выдавал только 34 л/ч, то кореец показывает 55-60 л/ч на 6 тысячах оборотов. Корпус насоса выполнен из алюминиевого сплава, в комплексе с другими мерами по облегчению мотора, удалось добиться общей массы чуть меньше 100 кг. Алюминиевым сделали и поддон картера, а сечение маслозаборника увеличено по сравнению со старыми моделями.
В результате общий объем масла вырос с 3,2 у 1600-кубового мотора до 4,4 литра.
И несколько штрихов, к особенностям головки блока, всё-таки новая для ВАЗа система изменения фаз установлена впервые.
Корпус головки отечественный, а вот распредвалы будут покупать у корейской Tоyota Tsusho, они внутри пустые, а кулачки выполнены по методике порошковой металлургии. Эти валы на порядок легче старых чугунных, облегчили и клапана, их покупают у фирмы Mahle.
В результате инерционность газораспределительного механизма снизилась, а это позволит эффективнее управлять клапанами. Весь ГРМ приводит в движение зубчатый ремень Continental, ресурс которого должен быть не менее 180 тысяч км.
Общий ресурс двигателя, по данным ВАЗа, 220 тысяч, это недостижимый по старым тольяттинским меркам пробег, но на ВАЗе говорят, что при должном обращении двигатель спокойно выходит и до четырехсот тысяч.
Прежняя Нива 4х4 отлично переваривает 92 бензин.
Ещё один плюс этого мотора в том, что он спокойно переваривает отечественный 92-й бензин.
Вместе с новым мотором Лада 4х4 получит новый подрамник, а когда покупатель сможет получить новый внедорожник, пока достоверно неизвестно. Подождём, пока этот двигатель покажет себя на бездорожье, а всем пожелаем приятных путешествий и ровных дорог!
carfrance.ru
Отвлеченные рассуждения по поводу развития конструкции двигателя.По всей видимости новый двигатель удалось придумать.
Рассмотрим обычный 4х тактный двигатель внутреннего сгорания. Конструкция обычная, широко распространенная. Основные недостатки: сложная конструкция, большие внутренние потери, несовершенный термодинамический цикл. С целью упрощения конструкции и снижения внутренних потерь почти в два раза преобразуем его в 2х тактный. Что бы сохранить достоинства 4х тактного ДВС, не изменяем конструкцию картера, и почти пока не изменяем впускную систему, т.е. оставляя 1 или 2 впускных клапана. Какой двигатель получается в данном случае? Да необходимо добавить нужный в данном случае нагнетатель воздуха, т.е. турбокомпрессор (для улучшения продувки). Теперь мы получаем несколько усложненный 2х тактный двигатель со всеми достоинствами 4х тактного и с пониженными почти в 2 раза внутренними потерями. Осталось доработать систему топливоподачи, добавить управление впускными клапанами, вклеить в конструкцию нагнетатель и более менее приличный двигатель готов. Попробуем анализировать конструкцию подробнее. Систему управления топливоподачей необходимо рассматривать совместно с управлением впускными клапанами. Желательно наличие, как минимум 2 впускных клапанов с различным законом открытия и возможно разного диаметра. При этом первый впускной клапан (№1) преимущественно подает сжатый воздух, расположен ближе к внешней образующей цилиндра и канал его расположен под острым углом к торцу цилиндра и почти перпендикулярен радиусу цилиндра. Поток клапана №1 образует спиральное движение вдоль стенки цилиндра. Открытие клапана №1 происходит раньше клапана №2 на регулируемую величину (К). Клапан №2 может быть меньшего диаметра, расположен ближе к оси цилиндра и управляет преимущественно потоком топливовоздушной смеси, по закону отличному от клапана №1. Подобная конструкция впускной системы может обеспечить близкое к оптимальному объемное распределение состава топливовоздушной смеси на средних и максимальных режимах. Необходимо учитывать, что впускной канал клапана №2 должен иметь высокую температуру с целью увеличения энергии активации паров топлива. Проанализируем данную впускную систему. Она может создать оптимальное распределение качественного состава топливовоздушной смеси на момент подачи искры. Это даст некоторую экономию топлива, снизит токсичность выхлопных газов. По всей привлекательности подобной схемы, ей присущи и недостатки: сложность, небольшой ресурс клапанов и форсунок, достаточная мощность на привод этих вспомогательных систем и т.д. Но самое главное, что она не глубоко изменяет основные характеристики термодинамического цикла и также общие условия горения топливного заряда. Что имеется в виду? Топливный заряд горит следующим образом: вначале в процессе своего сжатия, и затем расширения; а заключительный этап пристеночного догорания обычно не может дойти до конца, по причине снижения температуры и резкого снижения скорости горения перед началом открытия выпускных клапанов. Дополнительно в процессе расширения происходит, не только снижение температуры заряда, но и уменьшение плотности – все это не дает возможности полностью завершиться процессам горения. Это одна из причин, что выхлопные газы имеют повышенную токсичность, и возникает необходимость в их очистке, которая достаточно дорога и не всегда эффективна. Где же выход? А выход существует, и он достаточно простой и эффективный. Главный принцип предлагаемого процесса: горение топливного заряда должно происходить в условиях постоянного объема, т.е. в сжатом виде, в замкнутом пространстве и достаточное время. В данном случае изохорные условия создают почти идеальные условия горения заряда и накапливания внутренней энергии газа, процессы идут до конца, состав смеси может быть предельно обедненный, а степень сжатия достаточно большой, т.к. камера сгорания имеет простую сферическую (или цилиндрическую) форму и температура в ней почти равномерна. Степень сжатия допустима большая; т.к. камера сгорания имеет простую сферическую форму и температура в ней относительно равномерна и условия возникновения детонации крайне малы. После открытия канала выпуска, т.е. соединения камеры сгорания с полостью цилиндра, произойдет перемешивание с остаточными газами и окончательное формирование состава выхлопа. Возможно, в тонкостях химических процессов я оказался не точен, но суть процессов такова. Дополнительные возможности раскрывает применение в данном случае и дизельного режима воспламенения. Камера сгорания может иметь специальное керамическое покрытие, исключающее значительные потери тепла и облегчающая условия смазки. Это общие черты и еще не все достоинства данного варианта исполнения ДВС. Ниже в общих чертах описана подобная впускная система, совмещенная с камерами сгорания. Поскольку быстродействие обычных клапанов оставляет желать лучшего, да и ресурс их не велик; а при двухтактном исполнении инерционные нагрузки увеличиваются (частота увеличивается в два раза), следовательно, попробуем подобрать другой регулятор. Поскольку максимальные обороты желательно иметь очень большие, по всей видимости, придется дорабатывать и систему топливоподачи. Форсунки на больших частотах работать не смогут, да и условия работы для них крайне неблагоприятные. Изменяем впускную систему. Очень заманчиво использовать в данном случае измененный золотниковый клапан. По всей видимости, оптимальная форма его будет близка к шару. Да, именно шар с внутренней полостью и выходными отверстиями. Шаровой клапан может совершать как круговые движения, так и более сложные. Герметичность обеспечивается качеством изготовления, динамические и ударные нагрузки отсутствуют. Шар просто вращается, отверстия периодически совмещаются, впуская и выпуская рабочие газы. Попутно возникает идея использовать внутреннюю полость, как камеру сгорания.Т.е. свободного объема при положении поршня в ВМТ, кроме внешних камер сгорания в цилиндре нет. И это открывает новые перспективы: постоянство объема, исключается детонация, оптимальные условия горения отсутствие токсичности, и самое главное возможность достижения высокого КПД и резкого снижения нагрузок на КШМ. Интересно получается, тактность двигателя получается комбинированной, т.е. давления одной дозы сгоревшей топливной смеси (на малых нагрузках) может хватать на несколько рабочих ходов поршня. Конечно, возникнут проблемы с топливоподачей, инициализацией горения и управлением шаровым клапаном, но их, наверное, можно решить при современном уровне техники. Зато, какая получится экономичность. Кстати и смазка поршня значительно улучшается. Работа двигателя отдаленно напоминает соревнование Шелл по экономичности, когда ДВС работает на дистанции всего несколько секунд, а дальше транспортное средство движется по инерции. На этих соревнования на 1 литре проходят фантастические дистанции. Идеальный, не единственный вариант использовать две подобные камеры сгорания на один цилиндр. Тогда время изохорного горения близко к полному циклу ДВС, при двухтактной работе поршня. Следует отметить, что ДВС работает равномерно, без ударов и шума; не имеет клапанов, их привода; который довольно капризен и требует либо регулировки, либо при наличии гидрокомпенсаторов обладает повышенной инерцией; и не менее важно, что практически отпадает надобность в настройке и управлении таким параметром как опережение зажигания или угол подачи топлива.. Оптимальные настройки закладываются при изготовлении и не изменяются, как в процессе эксплуатации, так и в зависимости от нагрузки и оборотов. Главная особенность конструкции: выделенные из внутри цилиндрического объема, вращающиеся камеры сгорания, играющие попутную роль золотниковых клапанов. Термодинамический цикл нового ДВС резко изменился в сторону оптимального. Максимальное давление газов всегда образуется при оптимальном угле КШМ, при этом в положении ВМТ давление мало, т.е. отсутствует холостая нагрузка, что снижает внутренние потери и динамические усилия на детали КШМ. С некоторой осторожностью можно сказать, что это действительно новое исполнение ДВС. Если я ошибаюсь, пусть меня поправят специалисты.
Схематический рисунок нового ДВС. (Показана одна камера сгорания.)
Один из перспективных вариантов использования. Особенно хочется отметить идеальные возможности двигателя с подобными вращающимися камерами сгорания при использовании его в виде химического реактора. В данном варианте дизель - реактора можно как уничтожать любые вредные и ядовитые вещества, так и превращать природный газ в жидкое топливо. Причем для подобного использования данный вариант двигателя подходит несравнимо лучше, чем используемые после доработки обычные дизельные агрегаты.Продолжение главы . . . Сделаем попытку увеличить ресурс ДДВС путем изменения смазки ЦПГ. С этой целью изменим расположение и форму поршневых колец на цилиндре. Верхнее кольцо обычное компрессионное; следующие кольцо с промежуточной функцией между маслосъемным и компрессионным, т.е. стабилизирующее. Затем на поршне следует небольшой промежуток и нижнее стабилизирующее кольцо. По периметру данного промежутка и происходит дозированная подача масла через шатун и поршневой палец (один из вариантов). Необходимо еще исключить утрату масла через выхлопные окна. Примечание. Текст ниже не относится к бесклапанному исполнению ДВС с двумя камерами сгорания. Выпускные окна располагаются в нижней части цилиндра; их два и расположены они по обе стороны цилиндра с выпускными каналами, отводящими газы по касательной к образующей цилиндра на обе стороны блока. Два собирательных выпускных коллектора соединяются вместе через резонатор с целью уменьшения звука выхлопа. Направление выпускных каналов как бы продолжает спиральное движение поступающего потока. Устойчивую работу на ХХ и малых нагрузках должны обеспечить следующие мероприятия: подача богатой топливной смеси (предпочтительно газовой) через клапан №2 меньшего диаметра и воздуха через клапан №1 большего диаметра; различные законы открытия и закрытия клапанов; постоянно включенный привод нагнетателя; правильным выбором места расположения свечи зажигания; максимально допустимой степенью сжатия (для газового топлива). Возможно применение конструкции ДДВС с дополнительным непосредственным впрыском небольшой запальной порции жидкого топлива. Доза непосредственного впрыска должна быть почти фиксированной для простоты конструкции и управления. Редакция текста продолжается.
innovatory.narod.ru
Число автомобилей в мире приближается к миллиарду и это, наверное, не предел. Большинство населения планеты привыкло к автомобильному комфорту и уже не может от этого отказаться, не смотря на многокилометровые пробки на дорогах, увеличение числа аварийных ситуаций и увеличение вредных выбросов в составе выхлопных газов автомобилей в окружающую среду. Это происходит от неполного сгорания топлива, конструктивных особенностей двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и по другим причинам. 
Выхлопные от газы автомобилей особенно в крупных городах оказывают негативное влияние на здоровье людей и на окружающую среду в целом, поэтому улучшение параметров двигателей внутреннего сгорания автомобилей является очень важной задачей для защиты окружающей среды.
Над улучшением параметров ДВС работает большое число конструкторских бюро, множество изобретателей и ученых с целью создать идеальный ДВС, то есть экологически чистый ДВС с низким расходом топлива, учитывая, что запасы природного сырья не безграничны, а расходы топлива
колоссальны. Так в РФ на автомобильный транспорт расходуется примерно 150 миллионов, а в США более 1-го миллиарда тонн нефти в год.
Из всех типов двигателей ДВС являются самыми экономичными и простыми по конструкции. Основным параметром любого двигателя является удельная мощность, т.е. количество кВт на единицу массы. Для 4-хтактных ДВС этот показатель около одного кВт/кг для 2-хтактного около двух кВт/кг, но потребление топлива примерно такое же как у 4-хтактного, хотя по весу и габаритам у двухтактного ДВС большие преимущества.
Предлагаемый новый ДВС (патент РФ автора) отличается от известных новым принципом работы роторно-поршневой системы, новой конструкцией клапанного устройства, а также более простой конструкцией устройства в целом. В нем полностью исключен распределительный вал и связанная с ним кинематическая схема, вместо коленчатого вала используется вал-эксцентрик. Предлагаемый ДВС имеет более высокую удельную мощность, а также улучшенные экологические характеристики. Конструкция компактна, имеет незначительный шум, небольшие размеры и вес, не требует высоких сортов топлива.
Рабочий объем для организации термодинамического цикла такого ДВС образован между поршнем, совершающим прямолинейное возвратно-поступательное движение, и рабочей камерой (РК), совершающей вращательное движение относительно поршня и корпуса ДВС. Вращение РК относительно поршня способствует более эффективному перемешиванию топливной смеси за счет ее турбулизации и более равномерному распределению ее по всему объему РК, что обеспечивает более полное сгорание топливной смеси, а, следовательно, повышение удельной мощности ДВС и улучшение его экологических характеристик.
Применение термостойких керамических материалов в рабочем объеме ДВС, в частности, для изготовления деталей клапанного устройства, позволяет проводить термодинамический цикл в диапазоне температур, имеющих для разных сортов топливной смеси свои значения. При этом в РК происходит более полное сгорание топливной смеси, что также позволяет улучшить полноту сгорания топлива, уменьшая при этом вредные примеси в выхлопных газах.
Элементарная ячейка ДВС представляет собой двух и более цилиндровый ДВС. Элементарные ячейки легко монтируются в блоки, например, 4-х цилиндровая ячейка, собранная по крестообразной схеме, легко монтируется в 2-х или 3-х блочный ДВС, имеющий, соответственно, 8 или 12 цилиндров. Это перспективное наукоемкое направление в производстве ДВС с различными типоразмерами и конструкционными схемами.
Необходимо еще раз подчеркнуть, что автором предложена новая конструкция ДВС, в которой рабочий объем для организации термодинамического цикла с применением керамических материалов образован между поршнем, совершающим прямолинейное возвратно-поступательное движение и рабочей камерой, совершающей вращательное движение относительно поршня и корпуса ДВС. Вращение РК относительно поршня способствует более эффективному перемешиванию топливной смеси и более равномерному распределению ее по всему объему РК, что обеспечивает более полное сгорание топливной смеси, и, следовательно, повышение удельной мощности ДВС и улучшение его экологических характеристик.
Основные области применения: малогабаритные самолеты и вертолеты, речные транспортные средства, различные приводы для компрессоров и для электроустановок, мини оборудование и малые механизмы.
prompatent.ru
