КАК ОБОЙТИСЬ БЕЗ ДРОССЕЛЯ
КАК ОБОЙТИСЬ БЕЗ ДРОССЕЛЯ
ТЕХНИКА
Движки
КАК ОБОЙТИСЬ БЕЗ ДРОССЕЛЯ
Теоретик без усилий нарисует несколько дюжин принципно вероятных термодинамических циклов. Но только немногие из их сыграли хоть какую-то роль
в более чем столетний истории ДВС.
Анатолий ДМИТРИЕВСКИЙ
Начать придется с азов, а конкретно с того известного факта, что дроссельная заслонка - далековато не наилучший метод регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания. Представьте для себя: воздух проходит фильтр - и упирается в заслонку, которая на режимах частичных нагрузoк прикрыта. За заслонкой - разрежение, и как раз на преодоление этой ступени давления движку приходится расходовать приметную часть мощности. Пониженное давление перед поршнем тормозит его движение в протяжении всего такта всасывания, заставляя растрачивать излишний бензин.
Рассказывая в одном из прошлых номеров о методах управления клапанами, мы уже касались этой трудности, но на данный момент поглядим на нее несколько обширнее. В обыденных движках (как произнес бы германец, "моторах Отто") инженеры чего только не делают для улучшения заполнения цилиндров. В арсенале их средств - и настроенный впуск с регулируемой длиной впускного канала, и управляемые фазы газораспределения. Но, присмотревшись, заметим - и то, и другое вправду отлично только при стопроцентно открытой дроссельной заслонке. На любом частичном режиме воздух снова проходит через неширокую щель, теряя энергию. Отчего все эти неудачи? Если кратко - оттого, что при маленький нагрузке нам необходимо поместить в цилиндр меньше консистенции. К слову, в забугорной научной литературе встречается термин "настоящая степень сжатия" - другими словами отношение объема консистенции, попавшей в цилиндр (поточнее, объема, который она имела бы при атмосферном давлении), к объему камеры сгорания. Итак, цель - понизить при малой нагрузке реальную степень сжатия. Дроссельная заслонка это полностью позволяет, но в качестве платы за услугу отбирает и некую мощность, заставляя растрачивать горючее на саму возможность регулирования!
Понятное дело, неувязка попала в поле зрения конструкторов не вчера. И уже несколько десятилетий вспять появились 1-ые решения - предлагалось в большенном спектре нагрузок отрешиться от дросселя. Два варианта воплощения этой идеи мы на данный момент и разглядим. Сходу отметим - оба они подразумевают изменение времени закрытия впускного клапана. Можно, естественно, поменять высоту его подъема, но это не только лишь трудно на техническом уровне, да и переносит делему с заслонки на клапан: воздушный поток "спотыкался" бы уже тут.
Попробуем поэкспериментировать с течением времени закрытия. Положим, мы впустили в цилиндр соответственное нагрузке количество консистенции, и - закрыли клапан за длительное время до НМТ (в отличие от обыденных движков, где это происходит после нижней мертвой точки). Что произойдет в цилиндре? Поршень продолжит движение вниз, заставляя смесь расширяться и, естественно, испытывая при всем этом определенное сопротивление. Но эта энергия не пропадет даром - как вы, возможно, помните из школьной физики, при расширении температура газов понижается. Наша смесь - не исключение, и поэтому она охлаждается, заодно отбирая тепло у более жарких частей камеры сгорания. А это - эффект нужный, он понижает риск детонации и калильного зажигания. В то же время при впуске перед клапаном у нас - давление, близкое к атмосферному (либо давление наддува, но об этом позднее), другими словами части утрат на газообмен мы счастливо избегаем.
Схема этого цикла была разработана несколько 10-ов годов назад, по имени 1-го из создателей он получил имя цикла Миллера. Но с воплощением в металле вышла задержка - ведь поменять в широких границах время закрытия клапана в ту пору не умели. Тогда появилось огромное количество, как произнес бы доктор, паллиативных решений - с различными золотниками, призванными перекрывать впускной тракт до закрытия впускного клапана, фазы которого при всем этом не изменялись. У нас в НАМИ вели опыты с "прыгающей" заслонкой, в нужные моменты отсекающей поток консистенции.
В ближайшее время все почаще молвят о том, что цикл Миллера в особенности подходит для движков с наддувом - в их можно, не меняя геометрическую степень сжатия, поддерживать реальную степень сжатия на уровне, при котором опасность детонации мала. И в то же время дополнительно охлаждать смесь до такта сжатия.
Единственным серийным воплощением цикла Миллера на легковых автомобилях (ну и то с обмолвками) стал движок KJ, который "Мазда" устанавливает на некие свои модели ("Кседос", "Юнос"). Мотор, кстати, увлекательный - V6 с механическим нагнетателем Лисхольма, размещенным в развале блока. Других последователей пока не нашлось, и поэтому перейдем к другому вероятному циклу, который получил имя Отто-Аткинсона.
В отличие от предшествующего варианта, где клапан запирался ранее, чем положено "у Отто", разглядим другой принцип. Пусть поршень прошел такт впуска и направился к верхней мертвой точке, гоня впереди себя попавшую в цилиндр смесь. Вот она уже выталкивается назад в коллектор... а мы все не закрываем впускной клапан, ждя того момента, когда в цилиндре остается ровно столько консистенции, сколько нужно по условиям нагрузки мотора. В конце концов, клапан закрыт - и только здесь начинается сжатие оставшегося заряда. Как несложно увидеть, тут, в отличие от цикла Миллера, поршень испытывает еще наименьшее сопротивление - мы не "растягиваем" смесь, а только выталкиваем ее. Да и на техническом уровне воплотить этот цикл труднее - ни заслонки, ни золотники не посодействуют, стоит рассчитывать только на изменение фаз впускного клапана. Все же сейчас, когда фазы не могут регулировать только самые отсталые авто компании, применение цикла Отто-Аткинсона стало вероятным. Первой ласточкой тут оказалась "Тойота" - двигатель внутреннего сгорания, установленный на гибридный "Приус", работает конкретно по этому циклу.
Оба варианта - Миллера и Аткинсона - роднит то, что в их настоящая степень сжатия на частичных режимах меньше степени расширения (которая, кстати, равна геометрической степени сжатия), и поэтому их относят к "циклам с продолженным расширением". Вы наверное вспомните, что имеется и другой путь отказа от дроссельной заслонки - послойное смесеобразование и, как инструмент, конкретный впрыск бензина в цилиндры. Такие движки уже выпустили "Мицубиси" и "Тойота", вот-вот к ним присоединится "Фольксваген". Не повторяя уже произнесенного о схожих моторах (см. ЗР, 1998, № 7), заметим: и тут объем топливно-воздушной консистенции оказывается при маленьких нагрузках меньше объема камеры сгорания, а остальное место занимает воздух; меняя количество консистенции, мы и управляем движком. Но при всех плюсах подобного способа отметим - чем больше воздуха в цилиндре, тем больше тепла он выносит с собой при такте выпуска. Это совсем не домысел создателя: на судовых дизелях (естественно, с конкретным впрыском и без всяких дросселей) часто используют цикл Миллера, понижая объем "паразитного" воздуха, прокачиваемого через цилиндр. Таким макаром, не исключено, что, если улучшение авто движков внутреннего сгорания продолжится, инженеры еще не раз обратятся к идеям Миллера и Аткинсона.
Разрез мотора " Мазда Кседос 9". Направьте внимание на нагнетатель Лисхольма в развале блока цилиндров. На кожухе мотора числится "Миллер-Мотор".
Момент закрытия впускного клапана (на рисунке - 1-ые два такта 4-тактного цикла): а - в цикле Отто; б - в цикле Миллера; в - в цикле Отто-Аткинсона.
Агрегат "Тойоты-Приус". Двигатель внутреннего сгорания работает по циклу Аткинсона.
ТЕХНИКА
Движки
КАК ОБОЙТИСЬ БЕЗ ДРОССЕЛЯ
Теоретик без усилий нарисует несколько дюжин принципно вероятных термодинамических циклов. Но только немногие из их сыграли хоть какую-то роль
в более чем столетний истории ДВС.
Анатолий ДМИТРИЕВСКИЙ
Начать придется с азов, а конкретно с того известного факта, что дроссельная заслонка - далековато не наилучший метод регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания. Представьте для себя: воздух проходит фильтр - и упирается в заслонку, которая на режимах частичных нагрузoк прикрыта. За заслонкой - разрежение, и как раз на преодоление этой ступени давления движку приходится расходовать приметную часть мощности. Пониженное давление перед поршнем тормозит его движение в протяжении всего такта всасывания, заставляя растрачивать излишний бензин.
Рассказывая в одном из прошлых номеров о методах управления клапанами, мы уже касались этой трудности, но на данный момент поглядим на нее несколько обширнее. В обыденных движках (как произнес бы германец, "моторах Отто") инженеры чего только не делают для улучшения заполнения цилиндров. В арсенале их средств - и настроенный впуск с регулируемой длиной впускного канала, и управляемые фазы газораспределения. Но, присмотревшись, заметим - и то, и другое вправду отлично только при стопроцентно открытой дроссельной заслонке. На любом частичном режиме воздух снова проходит через неширокую щель, теряя энергию. Отчего все эти неудачи? Если кратко - оттого, что при маленький нагрузке нам необходимо поместить в цилиндр меньше консистенции. К слову, в забугорной научной литературе встречается термин "настоящая степень сжатия" - другими словами отношение объема консистенции, попавшей в цилиндр (поточнее, объема, который она имела бы при атмосферном давлении), к объему камеры сгорания. Итак, цель - понизить при малой нагрузке реальную степень сжатия. Дроссельная заслонка это полностью позволяет, но в качестве платы за услугу отбирает и некую мощность, заставляя растрачивать горючее на саму возможность регулирования!
Понятное дело, неувязка попала в поле зрения конструкторов не вчера. И уже несколько десятилетий вспять появились 1-ые решения - предлагалось в большенном спектре нагрузок отрешиться от дросселя. Два варианта воплощения этой идеи мы на данный момент и разглядим. Сходу отметим - оба они подразумевают изменение времени закрытия впускного клапана. Можно, естественно, поменять высоту его подъема, но это не только лишь трудно на техническом уровне, да и переносит делему с заслонки на клапан: воздушный поток "спотыкался" бы уже тут.
Попробуем поэкспериментировать с течением времени закрытия. Положим, мы впустили в цилиндр соответственное нагрузке количество консистенции, и - закрыли клапан за длительное время до НМТ (в отличие от обыденных движков, где это происходит после нижней мертвой точки). Что произойдет в цилиндре? Поршень продолжит движение вниз, заставляя смесь расширяться и, естественно, испытывая при всем этом определенное сопротивление. Но эта энергия не пропадет даром - как вы, возможно, помните из школьной физики, при расширении температура газов понижается. Наша смесь - не исключение, и поэтому она охлаждается, заодно отбирая тепло у более жарких частей камеры сгорания. А это - эффект нужный, он понижает риск детонации и калильного зажигания. В то же время при впуске перед клапаном у нас - давление, близкое к атмосферному (либо давление наддува, но об этом позднее), другими словами части утрат на газообмен мы счастливо избегаем.
Схема этого цикла была разработана несколько 10-ов годов назад, по имени 1-го из создателей он получил имя цикла Миллера. Но с воплощением в металле вышла задержка - ведь поменять в широких границах время закрытия клапана в ту пору не умели. Тогда появилось огромное количество, как произнес бы доктор, паллиативных решений - с различными золотниками, призванными перекрывать впускной тракт до закрытия впускного клапана, фазы которого при всем этом не изменялись. У нас в НАМИ вели опыты с "прыгающей" заслонкой, в нужные моменты отсекающей поток консистенции.
В ближайшее время все почаще молвят о том, что цикл Миллера в особенности подходит для движков с наддувом - в их можно, не меняя геометрическую степень сжатия, поддерживать реальную степень сжатия на уровне, при котором опасность детонации мала. И в то же время дополнительно охлаждать смесь до такта сжатия.
Единственным серийным воплощением цикла Миллера на легковых автомобилях (ну и то с обмолвками) стал движок KJ, который "Мазда" устанавливает на некие свои модели ("Кседос", "Юнос"). Мотор, кстати, увлекательный - V6 с механическим нагнетателем Лисхольма, размещенным в развале блока. Других последователей пока не нашлось, и поэтому перейдем к другому вероятному циклу, который получил имя Отто-Аткинсона.
В отличие от предшествующего варианта, где клапан запирался ранее, чем положено "у Отто", разглядим другой принцип. Пусть поршень прошел такт впуска и направился к верхней мертвой точке, гоня впереди себя попавшую в цилиндр смесь. Вот она уже выталкивается назад в коллектор... а мы все не закрываем впускной клапан, ждя того момента, когда в цилиндре остается ровно столько консистенции, сколько нужно по условиям нагрузки мотора. В конце концов, клапан закрыт - и только здесь начинается сжатие оставшегося заряда. Как несложно увидеть, тут, в отличие от цикла Миллера, поршень испытывает еще наименьшее сопротивление - мы не "растягиваем" смесь, а только выталкиваем ее. Да и на техническом уровне воплотить этот цикл труднее - ни заслонки, ни золотники не посодействуют, стоит рассчитывать только на изменение фаз впускного клапана. Все же сейчас, когда фазы не могут регулировать только самые отсталые авто компании, применение цикла Отто-Аткинсона стало вероятным. Первой ласточкой тут оказалась "Тойота" - двигатель внутреннего сгорания, установленный на гибридный "Приус", работает конкретно по этому циклу.
Оба варианта - Миллера и Аткинсона - роднит то, что в их настоящая степень сжатия на частичных режимах меньше степени расширения (которая, кстати, равна геометрической степени сжатия), и поэтому их относят к "циклам с продолженным расширением". Вы наверное вспомните, что имеется и другой путь отказа от дроссельной заслонки - послойное смесеобразование и, как инструмент, конкретный впрыск бензина в цилиндры. Такие движки уже выпустили "Мицубиси" и "Тойота", вот-вот к ним присоединится "Фольксваген". Не повторяя уже произнесенного о схожих моторах (см. ЗР, 1998, № 7), заметим: и тут объем топливно-воздушной консистенции оказывается при маленьких нагрузках меньше объема камеры сгорания, а остальное место занимает воздух; меняя количество консистенции, мы и управляем движком. Но при всех плюсах подобного способа отметим - чем больше воздуха в цилиндре, тем больше тепла он выносит с собой при такте выпуска. Это совсем не домысел создателя: на судовых дизелях (естественно, с конкретным впрыском и без всяких дросселей) часто используют цикл Миллера, понижая объем "паразитного" воздуха, прокачиваемого через цилиндр. Таким макаром, не исключено, что, если улучшение авто движков внутреннего сгорания продолжится, инженеры еще не раз обратятся к идеям Миллера и Аткинсона.
Разрез мотора " Мазда Кседос 9". Направьте внимание на нагнетатель Лисхольма в развале блока цилиндров. На кожухе мотора числится "Миллер-Мотор".
Момент закрытия впускного клапана (на рисунке - 1-ые два такта 4-тактного цикла): а - в цикле Отто; б - в цикле Миллера; в - в цикле Отто-Аткинсона.
Агрегат "Тойоты-Приус". Двигатель внутреннего сгорания работает по циклу Аткинсона.