Прямо-сдвоенный двигатель — Straight-twin engine

Прямой образный двигатель , также известный как встроенные-близнецы , вертикальный-двойник , или параллельно-твин представляет собой двухцилиндровый поршневой двигатель , где два цилиндра расположен в линии вдоль общий коленчатый вал.

Прямые двухместные двигатели в основном используются в мотоциклах; другие виды использования включают автомобили, морские суда, снегоходы, водные мотоциклы, вездеходы, тракторы и сверхлегкие самолеты.

Для двигателей с прямыми сдвоенными валами использовались различные конфигурации коленчатого вала, наиболее распространенными из которых являются 360 градусов, 180 градусов и 270 градусов.

СОДЕРЖАНИЕ

Терминология

Прямо-сдвоенная компоновка также упоминается как «параллельная-двойная», «вертикальная-двойная» и «линейная-двойная». Некоторые из этих терминов изначально имели определенные значения, относящиеся к углу коленчатого вала или ориентации двигателя, однако они также часто используются как взаимозаменяемые.

В Соединенном Королевстве термин «параллельный твин» традиционно используется для двигателей с углом поворота коленчатого вала 360 градусов, поскольку два поршня расположены в одном направлении (т.е. параллельны друг другу). «Вертикальный-твин» использовался для описания двигателей с углом поворота коленчатого вала 180 градусов, который заставляет поршни двигаться в противоположных направлениях. Термины «прямой твин» и «рядный твин» использовались в более общем смысле для любого угла поворота коленчатого вала.

Для мотоциклов термин «рядный сдвоенный двигатель» иногда относился либо к продольной ориентации двигателя (т. Е. С коленчатым валом на одной линии с шасси), либо к U-образному двигателю ( тандемный сдвоенный двигатель ), где цилиндры расположены продольно в шасси (хотя два коленчатые валы реально ориентированы поперечно).

Дизайн

По сравнению с V-образными двухцилиндровыми двигателями и двухцилиндровыми двигателями , прямые двухцилиндровые двигатели более компактны, имеют более простую конструкцию и дешевле в производстве. Двигатели с прямым сдвоенным двигателем могут быть подвержены вибрации либо из-за неравномерного интервала зажигания в кривошипно-шатунных двигателях на 180 °, либо из-за большой массы, не встреченной возвратно-поступательного движения, в двигателях с кривошипом на 360 °. Рядные близнецы также больше страдают от реакций крутящего момента и вибрации.

Угол поворота коленчатого вала

Наиболее распространенные конфигурации коленчатого вала для прямолинейных спаренных двигателей — это 360 градусов, 180 градусов и 270 градусов.

В двигателе с коленчатым валом, повернутым на 360 градусов, оба поршня движутся вверх и вниз одновременно. Однако интервал зажигания смещен между цилиндрами, причем один цилиндр работает во время первого оборота коленчатого вала, а затем другой цилиндр при следующем вращении. В 360-градусных двигателях может использоваться одна система зажигания для обоих цилиндров с использованием отработанной системы искры .

Несовершенный первичный баланс соответствует одноцилиндровому двигателю эквивалентной возвратно-поступательной массы. Ранние двигатели пытались уменьшить вибрацию с помощью противовесов на коленчатом валу, однако более поздние методы также включали балансирные валы и отдельный утяжеленный шатун. По сравнению с одноцилиндровым двигателем более частый интервал зажигания (360 градусов по сравнению с 720 градусами) приводит к более плавным ходовым характеристикам, несмотря на аналогичный динамический дисбаланс.

С 1930-х годов в большинстве британских четырехтактных прямолинейных сдвоенных мотоциклетных двигателей использовался коленчатый вал на 360 градусов, так как это позволяло избежать неравномерной пульсации впуска, характерной для других конфигураций, тем самым предотвращая необходимость в сдвоенных карбюраторах. В 1960-х годах, хотя японские мотоциклы в основном использовали коленчатый вал 180 градусов для двигателей объемом от 250 до 500 куб.см, различные двигатели меньшего и большего размера продолжали использовать коленчатый вал на 360 градусов. Вибрация была менее важной проблемой для небольших двигателей, таких как 1965 Honda CB92 и 1979 Honda CM185 . В более крупных двигателях, таких как Yamaha XS 650 1969 года и Yamaha TX750 1972 года , часто использовались балансирные валы для уменьшения вибрации. В более поздних двигателях Honda CB250N / CB400N 1978-1984 годов также использовался коленчатый вал с углом поворота 360 градусов. Мотоциклы BMW F с параллельным сдвоенным двигателем 2008 года также используют коленчатые валы на 360 градусов, с третьим «рудиментарным» шатуном (действующим как противовес) и ограничением числа оборотов 9000 об / мин для уменьшения вибраций.

В двигателе с коленчатым валом, повернутым на 180 градусов, один поршень поднимается, а другой опускается. В четырехтактном двигателе интервал зажигания неравномерен: второй цилиндр работает на 180 градусов после первого, за которым следует зазор в 540 градусов, пока первый цилиндр не сработает снова. Неравномерный интервал зажигания вызывает вибрацию и приводит к «неровной» подаче мощности. Для двигателя 180 ° также требуется отдельная система зажигания для каждого цилиндра.

Идеальный первичный баланс возможен с прямым сдвоенным двигателем на 180 градусов, однако конструкция создает качающуюся пару, которая требует использования уравновешивающего вала для уменьшения вибрации. Прямой двухцилиндровый двигатель 180 градусов имеет вторичный дисбаланс (аналогичный рядному четырехцилиндровому двигателю), однако меньшая возвратно-поступательная масса означает, что это часто не требует лечения.

Двигатель с коленчатым валом 180 ° страдает меньшими насосными потерями, чем двухцилиндровый двигатель на 360 °, потому что смещение картера относительно не изменяется при перемещении поршней.

В 1960-х годах японские производители мотоциклов отдавали предпочтение использованию коленчатых валов с углом поворота 180 градусов, поскольку повышенная плавность хода позволяла увеличить число оборотов и, следовательно, более высокую выходную мощность. Например, двигатель Honda CB450 1966 года с коленчатым валом 180 градусов имеет такую ​​же выходную мощность, что и современные британские двигатели с коленчатым валом 360 градусов, несмотря на меньший рабочий объем 450 куб. См по сравнению с 650 куб. И Yamaha TX500 1973 года, и Suzuki GS400 1977 года имели коленчатый вал 180 градусов и балансирный вал. С 1993 года большинство двигателей Honda с прямыми сдвоенными двигателями для мотоциклов используют коленчатый вал 180 градусов.

В двухтактных двигателях обычно используется коленчатый вал на 180 градусов, так как это приводит к двум равномерно распределенным рабочим ходам на оборот. Основная частота колебаний вдвое больше , чем эквивалентный одноцилиндровый двигатель, однако уменьшается вдвое амплитуда. Двухтактные двигатели, которые не используют коленчатый вал на 180 градусов, включают Yankee 1972 года и военную версию Jawa 350 1964 года , в обоих из которых вместо этого используются коленчатые валы на 360 градусов.

В двигателе с коленчатым валом на 270 градусов один поршень следует на три четверти оборота за другим. Это приводит к неравномерному интервалу зажигания, когда второй цилиндр стреляет на 270 градусов после первого, за которым следует зазор в 450 градусов, пока первый цилиндр не сработает снова. Это та же картина, что и у 90-градусного V-образного двигателя , и в результате обе конфигурации имеют схожий «пульсирующий» звук выхлопа. Поршни в прямом двухцилиндровом двигателе на 270 градусов никогда не бывают неподвижными одновременно (как в двухцилиндровом двигателе на 90 градусов), тем самым уменьшая чистый обмен импульсом между кривошипом и поршнями во время полного вращения.

Несовершенный первичный баланс создается в прямом двухцилиндровом двигателе на 270 градусов из-за комбинации свободной силы и качающейся пары; для компенсации этого часто используется балансирный вал. Вторичный баланс двигателя на 270 градусов идеален, однако конфигурация действительно приводит к неуравновешенной качающейся паре.

Первые серийные 270-градусные двухцилиндровые мотоциклетные двигатели были установлены на Yamaha TRX850 и Yamaha TDM 1996 года . Более поздние примеры включают Triumph Thunderbird 2009 года , Norton Commando 961 2010 года , серию Honda NC700 2012 года , Yamaha MT-07 2014 года , Triumph Thruxton 1200 2016 года и Royal Enfield Interceptor 650 2018 года .

Основные подшипники

В двухцилиндровых двигателях с прямым приводом каждый цилиндр имеет отдельный шатун , в отличие от двигателей с V-образным сдвигом, в которых для обоих шатунов может использоваться общий шатун . Большинство старинных британских прямолинейных двухцилиндровых мотоциклетных двигателей (таких как Triumph, BSA, Norton и Royal Enfield) имели два основных подшипника . Начиная с конца 1950-х годов, большинство прямолинейных сдвоенных двигателей Honda имели четыре основных подшипника. Последующие прямые двухдвигательные двигатели имели четыре, а иногда и три основных подшипника.

Эволюция двигателей: V12, V8, V6, R4. Кто меньше?

Изменяясь по типу подачи топлива, по различным системам, повышающим мощность и улучшающим экономичность с экологичностью, двигатель внутреннего сгорания эволюционировал и по такой базовой составляющей, как количество/расположение цилиндров. Причем если по ряду устройств оптимальная или близкая к ней схема на данный момент найдена, последний процесс не прекращается до сих пор. Более того, сейчас моторы переживают очередной этап своей трансформации, который может закончиться непредсказуемо.

В погоне за цилиндрами

Что и говорить, отношение к тому, каким должен быть двигатель внутреннего сгорания, на заре моторизации было очень вольным. Как вам мотор в один цилиндр объемом 12 литров?! Конечно, исключение, однако единственный «горшок» в конце XIX — начале XX вв. использовали повсеместно. Достаточно вспомнить агрегаты Отто, Даймлера, Майбаха, Нобеля, Дизеля, Бенца. Технологические ограничения просто не позволяли выйти за рамки такого инженерного постулата. Это продолжалось недолго — литейное производство развивалось тогда очень интенсивно. К тому же быстро выяснилось, что детали подобной, с позволения сказать, «однушки» испытывают большие нагрузки, сказывающиеся на ресурсе мотора.

Двухцилиндровый рядный двигатель получили относительно скоро — в 1896-м. Сделали это два американских инженера. Позже этим бензиновым агрегатом оснащали трактора. Что любопытно, всего через год тот же Карл Бенц изобрел мотор о двух цилиндрах, где поршни двигались навстречу друг другу. Так появился оппозитный двигатель. А уже на рубеже XIX и XX веков автомобили приводились рядными «четверками».

Было вполне логично, что вслед за «четверками» появились рядные «шестерки» и «восьмерки», а также V-образные 8- и 12-цилиндровые агрегаты.

А вот к V-образному расположению шести цилиндров пришли только в середине прошлого века. Конструкторов отпугивал значительный уровень вибраций, ведь V6 работает как два рядных трехцилиндровых агрегата. Впрочем, тут нужно разбираться.

Найти компромисс

Но что такое увеличение числа цилиндров? Понятно, что умножение объема и повышение мощности. А еще рост массы двигателя, дополнительная нагрузка на одну из осей, отъем жизненного пространства у пассажиров. В первой половине XX века об этом особо не задумывались, поэтому производители могли позволить себе использовать и рядную «шестерку» с «восьмеркой», и V12 с V16. Дело было не только в том, что большое количество цилиндров тогда выступало ключевым фактором, обеспечивающим мощность. Эти моторы хорошо уравновешены. Иначе говоря — имеют минимум вибраций, которые сказываются на ресурсе агрегата, не говоря уж о комфорте и вообще статусности модели. Поэтому-то, как говорилось выше, инженеры на моделях верхних классов побаивались V6 и V8, а рядные «четверки» использовали лишь от безысходности.

Откуда вообще возникают вибрации? Не будем тут городить формулы из механики, объясним все «на пальцах». Кривошипно-шатунный механизм в составе поступательно движущихся и вращающихся масс представляет собой сложную схему, взаимодействие сил в которой не описать простым «строго вверх-вниз» или «направо-налево». Пара шатун–поршень, за один оборот коленвала меняющая направление своего перемещения, движется по сложной траектории, а поршень вдобавок проходит нижнюю и верхнюю части цилиндра с разной скоростью. Вообще в двигателе внутреннего сгорания едва ли не каждый движущийся элемент выступает источником вибраций. Однако в расчет принимаются только те, которые порождают силы инерции, воздействующие на мотор с частотой работы коленвала либо вдвое большей. Такие называют силами инерции первого и второго порядка.

Ну а они, приложенные по движению шатунов-поршней, будучи в паре и направленные в разные стороны через коленвал — прямо по известной формуле «сила, умноженная на плечо», — рождают моменты. Последние стремятся повернуть двигатель по оси коленвала.

Надо полагать, что инженерам еще в начале прошлого века была доступна эта информация. Не зря же, как сказано ранее, в качестве двигателей выбирались рядные «шестерки» с «восьмерками» и V12, чьи кривошипы коленвала расположены под такими углами, что силы и моменты в них полностью уравновешивают друг друга. К сожалению, в наше время V12 так и остался атрибутом машин дорогих и по большей части спортивных. R8 стал покидать моторные отсеки еще до Второй мировой войны. Сказались и габариты, и то, что длинные коленвал и распредвал в нем испытывают значительные изгибающие нагрузки. Достаточный их ресурс обеспечивался увеличением сечения, а это приводило к росту массы мотора.

Наконец, рядные шесть цилиндров тоже стали персоной нон грата в моторных отсеках.

Во-первых, обозначившийся несколько десятилетий назад повальный переход на передний привод и, соответственно, поперечное расположение силового агрегата, просто не оставили конструкторам выбора. Нет, безусловно, были и есть примеры того, как инженеры втискивали такой «рядник» в подкапотное пространство переднеприводников. Один из таких — Chevrolet Epica с двухлитровым R6, внезапно появившийся и столь же неожиданно покинувший рынок. В Volvo до сих пор на моделях от D- и E-класса до кроссоверов используются 3,0- и 3,2-литровые «шестерки». Но и этим агрегатам жить тоже осталось недолго. И не зря! Сложность компоновки длинного мотора поперек отсека оставляет мало возможностей поиграть с передней подвеской. Делает обслуживание/ремонт трудоемкими и дорогими. А коробку передач сверхкомпактной, что, кстати, сказывается на ее ресурсе.

Во-вторых, даже на моделях с продольным расположением силовой установки производители резонно отметили, что кроме отсутствия пресловутой вибронагруженности плюсов-то у подобной схемы больше и нет. Место при этом двигатели отнимают заметно. Есть проблемы «с лишним весом», и не всегда качественно охлаждаются два последних по ходу движения цилиндра.

Полностью уравновешен еще один двигатель — оппозитный шестицилиндровый. Но его в подкапотном пространстве тоже нужно умудриться разместить. Поэтому в автомобильном мире B6 используют лишь две компании — Porsche и Subaru. Что же с остальными агрегатами?

Повторимся: еще несколько десятилетий назад именно объем двигателя был решающим фактором, увеличивающим мощность. При этом мотористы давно открыли то, что для рядной «четверки» оптимальный объем не более двух литров. Превышение этого значения влечет за собой повышение массы шатунов с поршнями и рост вибраций. Хотя R4 тоже неплохо уравновешен — «нагружен» лишь силами инерции второго порядка, которые нивелируются балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью. Причем для его компенсации устраивается еще один вал, вращающийся в противоположную сторону. Сложно, дорого при производстве и хлопотно при обслуживании — ременный или цепной привод балансирных валов нужно менять! И тем не менее до недавнего времени на легковушках максимальный объем «четверки», даже усложненной валами, обычно не превышал 2,2–2,3 л.

У рядной «пятерки», как, кстати, и у V10, силы инерции скомпенсированы, но присутствуют моменты от них. В итоге эти агрегаты достаточно вибронагружены, по причине чего используются редко. Точнее, «десятка» еще применяется, а R5 — вымирающий вид. И появился он сравнительно недавно, в середине 70-х. Теперь же, судя по всему, остался лишь у Volvo, да и то временно.

В V6 многое зависит от угла развала блока и конструкции коленвала. При 90 градусах и трех кривошипах на коленвале (шатуны на них «сидят» попарно) уравновешивается момент инерции первого порядка, однако не обеспечивается равномерного чередования вспышек в цилиндрах. «Предоставление» каждому шатуну своей шейки меняет ситуацию, и тогда момент гасится балансировочным валом. Впрочем, на заре появления V6 этим не занимались — слишком сложной для того времени получалась технология изготовления коленвала.

Просто использовали иной угол развала — например, 60-градусный. При нем момент от сил первого порядка скомпенсирован, а моментом от сил второго порядка в середине прошлого века просто пренебрегали. Наконец, и при 120-градусном развале блока требуется балансировочный вал, зато вспышки происходят с одинаковыми интервалами и нет необходимости сильно утяжелять маховик. Фактически угол развала у V6 вместе со строением коленвала определяли разные потребительские и технические характеристики, обуславливая и круг применения — на внедорожниках, представительских седанах, GT-машинах.

То же самое с V8. С той лишь разницей, что обычно здесь используется 90-градусный развал блока. При расположении кривошипов в перпендикулярных плоскостях удается получить равномерные вспышки, хорошую тягу на «низах» и отсутствие вибраций, которые гасятся всего лишь противовесами на вале. Причем шатуны садятся на кривошипы попарно, что в условиях несовершенства литейных технологий значительно облегчало производство коленвалов.

Веяния времени

Погоня за мощностью, получаемой благодаря увеличению объема, продолжалась еще в 90-х. Именно тогда VW для ряда моделей, в основном компактных вроде Golf и Jetta, разработал так называемые V-образно-рядные моторы. Идея была подсмотрена — у Lancia, чьи инженеры еще в 60-х годах предложили подобный агрегат.

Как и итальянцам, немцам был нужен компактный двигатель, разве что размещали его на переднеприводных моделях поперечно, а не продольно. Ну и пошли дальше. С 1991 по 2005 годы в концерне родился целый выводок VR-моторов. Сначала появился VR6 объемом 2,8 л. В 1994-м дебютировал 2,9-литровый агрегат. Спустя три года из «шестерки» получили 2,3-литровую «пятерку», VR5. Все они имели такое же шахматное расположение цилиндров, между рядами которых был угол в 15 градусов. А накрывала их общая и единственная головка. По причине отсутствия в ней места двигатели были 10- и 12-клапанными. И только в 1999-м VR6 обзавелся двумя распредвалами и 24 клапанами. «Пятерку» перевели на DOHC и того позже. Мощности, кстати, были невысокие — от 150 сил у VR5 и 174 сил у VR6 до 204 «лошадей» у 2,8-литрового мотора, оснащенного уже системой изменения фаз газораспределения.

К концу прошлого десятилетия от «виэров» на переднеприводниках потихоньку отказались. К чему относительно тяжелые, безусловно, сложные и не развязанные от вибраций агрегаты, если до 300 сил с помощью турбонаддува можно получить с двухлитровой «четверки»? Однако полностью смещенно-рядные, как их еще называют, моторы в VW не забросили. Разработанные в начале-середине 2000-х VR6 объемом 3,2 и 3,6 л используются на Touareg с его соплатформенниками и на Phaeton. Что ж, экономия полезного пространства, отданного пассажирам, а не механизмам, актуальна и для крупных седанов-внедорожников. Именно для них в конце 90-х VW представил двигатели W8 и W12.

И все-таки VR и W — это экзотика. Основным агрегатом для подавляющего большинства моделей становится рядная «четверка», объем которой для легковых автомобилей может достигать 2,5 л, а в других случаях подбираться и к трем литрам. Впрочем, теперь объем не главное. Иные производители не чураются устанавливать двухлитровые турбомоторы даже на представителей E-класса. Да что «четверки»! У BMW на машинах с поперечным расположением силовой установки в числе базовых рядные «тройки». Те, которые трясутся от моментов сил инерции и которыми еще совсем недавно оснащались какие-нибудь «бюджетники» для третьих стран или японские кей-кары. Но экономия — на металле, на трудозатратах на сборку, на массе и пространстве, в конце концов, — решает все. Глядишь, в скором времени мы увидим и двухцилиндровые моторы. Те, что у зарубежных компаний бились в вибрациях еще далеко в XX веке, а в России отжили свое на Оке. Ну ведь совсем дешево и сердито.

ДВС и его виды. Часть 2

Перейдем к следующей обширной теме, к 4-тактным бензиновым ДВС. Но для начала пара дополнений к предыдущей теме по двухтактникам, по справедливым замечаниям в комментах.

Про мощностной клапан.

В процессе совершенствования конструкции двухтактников, инженеры пришли к использованию полуволновых резонаторов, как самого эффективного типа резонатора в выхлопной системе двухтактника. С его помощью удалось получить просто нереальные показатели литровой мощности, так, на мой взгляд самый безумный двухтактный мотор, созданный человеком, это Honda NSR500, поллитровый четырехцилиндровый малыш, в 1989году выдавал 190 лошадиных сил при 14000 обмин, выпускная система этого двигателя выглядела слегка инопланетно

На картинке видно четыре полуволновых резонатора, по одному на цилиндр, у каждого резонатора присутствует оконечный прямоточный глушитель, иногда, для компактности его загибают на 180 градусов, такую гравицапу в народе прозвали саксофоном)

Мощность инженеры получили, однако осталось одно но, это узкий диапазон резонанса выхлопной системы, что означало то, что мотор выдавал максимальные характеристики в очень узком диапазоне оборотов. К примеру с 12500 до 14000, при отклонениях от этих цифр эффективность довольно сильно снижалась. Надо было как-то сделать выпускную систему «резиновой», и тут наметились два пути:

1. сделать выпускную систему, способную изменять свою резонансную частоту.

2. добавить возможность изменять фазы газораспределения

Первый вариант не прижился, его попыталась реализовать фирма Konig, на своих лодочных моторах, они особо не мудрствовали и сделали центральную цилиндрическую часть полуволнового резонатора телескопической, управляемой сервоприводом, получился эдакий двухтактный VVT-i, но устройство получилось сложным, тяжелым и не надежным, хотя позволило изрядно растянуть полку мощности и момента, например на 7000 обмин, мощность удалось поднять с 52 до 65 лошадиных сил, что очень не мало.

Второй вариант плотно овладел умами инженеров в 70х-80х годах, тогда и был в общем-то придуман мощностной клапан. Его применение нацелено как раз на второй путь, то есть на изменение фаз газораспределения, но так как изменить высоту выпускного окна не возможно, дырка она и есть дырка, инженеры придумали, как обмануть резонанс, и понаделали множество интересных конструкций, обозвав их своими именами. Ямаха обозвала его YPVS и его мы и рассмотрим, как самый простой

Они не стали мудрствовать и установили у выпускного окна цилиндрическую заслонку с вырезом. А вот зачем?

На низких оборотах резонанс играет с нами злую шутку, обратная волна, вернувшаяся слишком рано, мало того, что мешает продувке цилиндра, так еще и набивает его отработавшими газами, и дабы этого избежать, нам нужно сократить фазу выпуска, или проще, уменьшить высоту выпускного окна, дабы вернувшаяся волна встретила на своем пути поршень, а не открытое окно, для этого у окна поместили заслонку, которая сужает сечение канала с верхней стороны на низких оборотах, отражая верхнюю часть фронта высокого давления и направляя его в нижнюю часть окна, прикрытую поршнем, элегантное решение позволило значительно улучшить продувку цилиндра на низких оборотах, а на высоких заслонка полностью освобождает канал.

Сузуки со своей системой SAEC пошли немного по другому пути

Они добавили в головку цилиндра резонансную камеру, которая соединяется с выпускным каналом поворотным цилиндрическим золотником. Такая система позволила изменять эффективную резонансную характеристику выпускного тракта, все для достижения тех-же целей, однако мне эта система нравится меньше)

Японцы из кавасаки сделали те-же яйца, только в другой руке, пропилив два дополнительных выпускных окна в цилиндре

Эти окна на низких оборотах соединялись с резонансной камерой.

Контора Rotax в свою очередь поступила очень элегантно и похоже на ямаху, они приделали к выпускному каналу плоскую заслонку, однако в действие она приводилась мембраной, с использованием избыточного давления выхлопных газов в выпускном канале.

При увеличении оборотов, давление в выпускном тракте росло и мембрана поднимала заслонку.

Данных конструкций было множество, но цель одна, сделать мотор более эластичным, с плавной внешней скоростной характеристикой. Иначе вход мощного двухтактника в резонанс похож на то, как будто в тебя въехали сзади. На своем пике развития, лучшие двухтактники демонстрировали демоническую литровую мощность, которая превышала 400 лс на литр рабочего объема, ни один другой атмосферный мотор не может и мечтать о таких показателях. Теоретически к ним может близко подойти только роторно-поршневой двигатель Ванкеля, но он тоже по своей природе близок к двухтактнику.

Если подытожить, 2т это весело, интересно, иногда безумно, но жизнь этих моторов как у гипертоников, яркая но не долгая) На этом можно поставить точку в теме про два такта и перейти к четырем.

Во второй половине 19 века Николаус Отто (куда ж без немцев), придумал четырехтактный цикл работы поршневого ДВС, однако в последствии нашлись хитрожопые товарищи, отсудившие у него патенты, однако данный цикл так и зовут — цикл Отто, а немцы называют эти моторы Ottomotor.

По началу моторы были весьма примитивными, и более-менее привычный вид обрели только в 20 веке. Рабочий цикл состоит из четырех тактов:

Итого за два оборота коленчатого вала четырехтактник выполняет полезную работу только один раз, во время остальных полутора оборотов он поглощает запасенную во вращающихся массах энергию для обеспечения собственной жизнедеятельности, поэтому одноцилиндровые четырехтактники нуждаются в крупных и тяжелых маховиках, а характер у них вялый и флегматичный, также эти моторы щедро одарены различного рода вибрациями.

Первая по настоящему распространенная конструкция — это двигатель с нижним распредвалом и нижними клапанами. В головке таких моторов не было ни одной детали газораспределительного механизма.

Это первая массовая конструкция двигателей, картер с масляным поддоном, принудительная система смазки под давлениям, подшипники скольжения. Как правило масляный насос приводился в действие посредством червячной передачи от распределительного вала и находился непосредственно в масляном поддоне, насосы были шестеренчатые, низкооборотистые, с редукционным клапаном, ограничивающим давление в системе смазки на уровне 4 атмосфер. Масло по каналам в блоке цилиндров подавалось к коренным подшипникам коленвала, где использовались вкладыши состоящие из стальной основы, с антифрикционным напылением из баббита, масло по каналам в коленчатом валу поступало к шатунным подшипникам, в которых использовались либо такие-же вкладыши, либо прямое напыление прямо на головку шатуна, в этом случае зазор в шатунном подшипнике регулировался регулировочными прокладками из стальной фольги.

На фото коренной вкладыш подшипника скольжения, канавка во вкладыше сделана для того, чтобы снабжать маслом канал смазки шатунного подшипника. В современных моторах часто встречается отсутствие канавки на втором вкладыше, видать в целях ограничения ресурса.

Раньше в системе смазки подшипников коленвала использовалось прямое сверление каналов

Со стороны шатунной шейки сверлился широкий канал, который глушился заглушкой (данная конструкция еще встречается, например ее можно найти в грузовых моторах или в УАЗах и газелях с моторами ЗМЗ, там еще какое-то время выпуска был косяк с самопроизвольным откручиванием этих заглушек в дизелях ЗМЗ-514 и ЗМЗ-514-32) , а в самих шейках сверлилось сквозное диаметральное отверстие проходящее сквозь основной канал. Минус конструкции в ослаблении коленвала множеством сверлений, а также в требовательности к давлению в системе смазки. В современных моторах почти всегда используется косое сверление масляных каналов

здесь прекрасно видно, что масляный канал просверлен напрямую от шатунной шейки к коренной, у этой схемы одни плюсы, малое количество каналов, отсутствие паразитных полостей в коленвале, и центробежная сила очень помогает перетекать маслу по направлению к шатунному подшипнику.

Распределительный вал также установлен на подшипниках скольжения и смазывается по тому-же принципу, также смазка подводится к толкателям клапанов, больше в этих конструкциях принудительно ничего не смазывается, только масляным туманом. Бывают конструкции четырехтактных моторов, где используются только подшипники качения, как в 2Т, но это в основном мотоциклетные моторы, например Honda Cub или наш Урал М-67

Распределительный вал устанавливался в блоке цилиндров и приводился посредством шестеренчатой передачи, толкатели и клапаны также находились в блоке цилиндров

В головке блока находились только вихревая камера да свеча. Эти моторы были маломощными и тихоходными, у них была очень низкая степень сжатия, не больше 6 обычно, рассчитаны они были на низкооктановый бензин. Зато ломаться в них было нечему. Эти моторы получили огромное распространение, практически все моторы первой половины 20 века придерживались этой схемы. Моторы были как одноцилиндровыми, так и многоцилиндровыми.

Их конструкция также диктовалась достижениями своего времени, тогда еще не придумали эффективных карбюраторов, которые бы качественно разбивали топливо на аэрозоль, для его эффективного сгорания, также бензин был с низкой детонационной стойкостью, и поднять степень сжатия, для увеличения КПД, также не было возможности, поэтому камеру сгорания сделали по принципу вихревой камеры. Поршень, приближаясь к вытеснителю на головке, резко выталкивал рабочую смесь в вихревую камеру, где она одновременно со сжатием активно перемешивалась и воспламенялась свечей зажигания

Такая конструкция позволила достаточно эффективно сжигать низкооктановое топливо избегая детонации.

Если в четырехтактном моторе было больше одного цилиндра, для избежания рывковой передачи крутящего момента и повышенной вибрации, придумали целую кучу схем раположения цилиндров. Например двухцилиндровые рядные моторы почти всегда использовали синфазную схему движения поршней

Под буквой С на картинке, в такой схеме на один оборот коленвала приходится один рабочий такт, и крутящий момент передается равномерно, однако второй стороной медали является лютая вибронагруженность системы, которую как правило лечат балансирными валами, которые вращаясь, создают вибрации в противофазе издаваемым двигателем вибрациям, уравновешивая их. Но есть другой вариант уравновесить два цилиндра, развернуть их на 180 градусов, получив оппозитное расположение цилиндров

Поршни в таком моторе движутся навстречу друг другу, взаимоуравновешиваясь. Такую схему очень любит баварский моторный завод в своих мотоциклах начиная со второй мировой войны.

Противофазная схема, под буквой В, грешит рваной передачей крутящего момента, так как на один оборот коленвала происходит два рабочих такта, а за следующий оборот — ни одного. Хотя этим грешит не только двухцилиндровый рядник, такие-же проблемы есть и у V-образных двухцилиндровых моторов, и у L-образных двухцилиндровиков. Первую схему обожает харлей дэвидсон

За красивый звук быр-быр из-за сдвоенных рабочих тактов, а вторую любит дукати

За низкий центр масс, низкий гироскопический эффект из-за легкого и короткого коленвала, и ту самую рваную передачу крутящего момента, которая не дает сорваться заднему колесу в неконтролируемый букс из-за больших промежутков между вспышками.

Трехцилиндровые моторы уже более сбалансированы, в подавляющем большинстве они рядные и кривошипы у него разведены на угол в 120 градусов, деля окружность на три части. Точно также разведены кривошипы в рядном шестицилиндровом моторе, только там это сделано по парам поршней

Рядная шестерка является самым сбалансированным мотором, наравне с V12. Есть еще много разных форм-факторов и компоновок, иногда даже извращенских, таких как VR моторы фольксвагена, это по сути V-образник с предельно малым развалом блока

А два таких мотора зовутся W-образными

Просто, пока остальные компании делали мощные автомобили заднеприводными, а вольво намазывала коробку передач на рядную шестерку, чтобы впихнуть это промеж стоек, концерн фольксваген придумал, как сделать сверхкомпактный многоцилиндровый двигатель, и им так понравилось, что они превратили это в фирменную фишку, и даже сконструячили лютый W16 для бугатти вейрон

Компоновок было великое множество, и все их не обозреть. В принципе цилиндры можно располагать как угодно, хоть звездой

Ну ладно, отвлеклись.

Тему по нижнеклапанным моторам можно заканчивать, данная схема давно не используется, так как системы питания давно шагнули вперед, как и качество топлива.

В следующей части перейдем к схеме OHV и CIH, также рассмотрим типы карбюраторов и систем зажигания, использовавшихся до 90-х годов прошлого века. А то посты наверно длинноватые получаются. Ну и в следующих частях мы уже отойдем от мотоциклетных моторов и возьмемся за взрослые, автомобильные.

Автомобильное сообщество

14.4K постов 37.1K подписчиков

Правила сообщества

Добро пожаловать в автомобильное сообщество!

У нас запрещено:

-Публикация видео с тематикой ДТП (исключение: авторский контент с описанием).

-Нарушать правила сайта.

-Создавать посты несоответствующие тематике сообщества.

-Рекламировать что бы то ни было.

-Баяны не желательны (игнорирование баянометра карается флюгегехайменом).

-Заваривать ромашковый чай в костюме жирафа.

У нас разрешено:

-Создавать интересный контент.

-Участвовать в жизни сообщества.

-Предлагать темы для постов.

-Вызывать администратора или модераторов сообщества при необходимости.

-Высказывать идеи по улучшению Автомобильного сообщества.

-Изображать коняшку при комментировании.

Хорошо пишете, продолжайте, пожалуйста. Подписался.

Сам несколько лет назад самоучкой изучал ДВСы, придумал к ним одну штучку, и патент (белорусский) получил, но спроса, увы, не нашел. Но, все равно, когда пишут про двигатели — тянет читать :).

Вы отлично излагаете, но пожалуйста, ради святого карбюратора, перестаньте ставить пробел после «не» с прилагательными. Глаза же выпадут скоро. Не мало может быть и очень мало, а немало значит действительно дофига.

На западе этот звук ещё называют «potato-potato»

А до вейрона инженеры из Volkswagen успели попрактиковаться при создании суперкара Volkswagen W12

Хех, автор, такое ощущение что мы одинаково идем по жизни — с 14 лет гонял на советских мотоциклах, читал древние советские книги про ДВС — в твоем посте чертежи про те же двухтактники. Потом грезил мотокроссом, а там все двухтактники и резонаторы ставят под свой ритм езды (оборотов двигателя). Затем у меня ямаха, очень издалека похожая на nsr500 — fzr250, потом провернутые вкладыши, которые у тебя же в посте, и наконец у меня вектра, товарищ vectrovod

Первая мысль при взгляде на первую картинку — зачем в ДВС воткнули выстрелы от РПГ?)))
А статья хороша, автору зачёт.

А будут затронуты темы с уникальной производительностью, типа с1,5 литра 1000 лосей или с новыми темами обсуждений о продвижении от карбюратора до нынешних типов впрыска и систем подачи воздуха?

Спасибо огромное за познавательное, ёмкое и непринуждённое повествование. Если про политику и социологию говорят что нужно знать уроки истории, чтобы не повторять те же ошибки в будущем — то про инженерные разработки, эволюционировавшие мотор Форда в 2jz, обязательно нужно знать каждому, кто связан с авторемонтом. Почему? Чтобы понимать от простого к сложному принципы действия механизмов, причины по которым они были внедрены и последствия внесения изменений в их работу. Что важно, что нет? Зачем здесь эта штука, без неё тоже заводится вроде? И тд.

А реально, что диаметр поршня у четырехтактника не может быть больше 100мм?

Годный пост. Его бы на «За рулем», а то там начали в последнее время всякую безграмотную дичь писать.
У самого как-то была идея написать пост про характеристики автомобильных моторов, да все как-то лень.

В звезде количество цилиндров нечетное

Кстати, раз уж упомянули звездообразные авиационные двигатели, то неплохо было приложить схему их кривошипно-шатунного механизма и привод клапанов. Очень интересная и познавательная схема.

Вот такое вот дополнение)

У HD и Ducati оба шатуна сидят на одной шейке, разбег по вспышкам в цилиндрах невелик и следует один за другим, отсюда и их особенный звук выхлопа. Такая же схема используется на наших ЯМЗ.

P.S. На картинке двигатель конкурентов HD — S&S )

Вроде сам автомеханик, а так понятно и народно рассказать в жизни не смогу)

И, кстати, упомяни отличия движков двухтактниов и бензиновых и дизелей не только по мощности и оборотам, но и по крутящему моменту и по удельному расходу топлива.

Так понятнее станет откуда у двухтактников гораздо выше мощность)

Я не автомеханик. Я ничего не понял.

[ДВС] Интересные конструкции газораспределительных механизмов

Итак, появилось чуток времени вечернего, самое то поговорить о некоторых интересных конструктивных решениях в конструкции газораспределительного механизма поршневых моторов, работающих по четырехтактному циклу Отто. Вспомним, как развивались эти механизмы и какие решения применялись наиболее массово.

Но сначала сформируем некоторый список требований, которым должен соответствовать идеальный механизм ГРМ, чтобы понимать, для чего применялось то или иное решение.

1. Механизм должен обладать хорошим КПД, то есть наиболее полно реализовывать отбираемую мощность на перемещения клапанов.

2. Механизм должен обладать малой инерционностью, дабы не потерять быстродействие.

3. Механизм должен обеспечивать качественное наполнение цилиндров и их очистку от отработавших газов.

4. Механизм должен иметь возможность динамически изменять такие параметры как фаза газораспределения, подъем клапана, время открытия клапана.

Это базовый набор требований, над реализацией которого инженеры уже больше ста лет ломают голову.

Например вспомним нижнеклапанную компоновку

Смотрим на предмет соответствия требованиям.

КПД неплох, отбор мощности происходит как правило зацеплением одной пары шестерен, Сам механизм достаточно легкий, плюс пружина не держит на себе вес клапана, инерционность тоже неплоха. А вот по поводу двух остальных требований есть вопросы. Если к четвертому требованию данный механизм еще можно адаптировать, по третьему его ждет полнейший провал, который перечеркнул все плюсы. Данная компоновка конечно прожила весьма долго, даже иногда использовалась в гоночных моторах, но те времена давно прошли. Более подробно мы это разобрали в предыдущих статьях.

Далее у нас идет верхнеклапанная компоновка OHV

Вспоминаем эту живущую по сей день, самую старую конструкцию.

Уже догадываетесь, насколько тут все плохо?

Жива эта компоновка только по той причине, что хорошо выполняет третий пункт, и является наиболее простым и дешевым способом установить клапаны сверху, так как головка цилиндра получается крайне простой, с минимальным количеством подвижных частей, крайне низкими требованиями к смазке, и не требующей высокой точности при изготовлении. Благодаря чему возможно сделать мотор дешевым, достаточно мощным и экономичным, поэтому эта компоновка часто применяется в низкооборотистых моторах и различных газонокосилках.

КПД этой системы находится на приемлемом уровне, пока кто-то не попытается заставить ее работать быстро. Тут мы сразу упираемся в огромную инерционность. Чтобы достичь быстродействия, необходимо увеличивать жесткость клапанных пружин, из-за чего начинает падать в пропасть КПД, начинают проявляться резонансные явления связанные с изгибанием штанг и дабы их избежать, приходится штанги усиливать, еще сильнее увеличивая вес. Выходит замкнутый круг.

А благодаря простоте и неприхотливости, данный механизм очень долгое время даже оставался полностью снаружи двигателя, особенно в мотоциклетных моторах.

Это совсем не добавляло надежности, плюс издавало много шумов, это породило некоторые интересные изыскания, такие как гильзовый механизм газораспределения, или двигатель Найта.

В этом двигателе не использовались клапаны, вместо них использовались две вложенные друг в друга подвижных гильзы, которые имели прорези в верхней части. Смещаясь друг относительно друга гильзы открывали впускные или выпускные окна.

Моторы с двумя гильзами работали по четырехтактному циклу. Но также были и варианты моторов с одной подвижной гильзой, работавших по двухтактному циклу. Схематично видно на гифке.

Эти моторы обладали рядом преимуществ, благодаря которым получили весьма широкое распространение до 40х годов прошлого века.

Первое преимущество это литровая мощность. Щелевая продувка обладала высокой пропускной способностью, что позволяло получать высокую литровую мощность. Так как в то время в конкурентах были только тихоходные нижнеклапанные моторы и довольно корявые OHV.

Второе преимущество это тихая работа. Шумный механизм ГРМ фактически отсутствовал, поэтому снаружи оставался только шелест ремней и звук выхлопа. Также эта система не требовала технического обслуживания и была весьма надежной. Все эти качества позволили данной схеме добраться до авиационных моторов, например Rolls-Royce и Napier снимали с таких моторов больше 3000 лошадиных сил.

Дороговизна и сложность моторов ограничила их использование автомобилями высокого класса, их использовали Daimler, Willys, Mercedes, Peugeot, Voisin, Panhard-Levassor и тд.

Крест на этой компоновке поставила их любовь к поеданию масла, и нерешенные проблемы с обеспечением смазкой плавающих гильз, также проблемы с долговечностью вызывали окна во внутренней гильзе, которые провоцировали повышенный износ поршневых колец, что присуще двухтактным моторам. А так компоновка имела много вариаций, таких как одногильзовая схема, в которой гильза не только движется продольно, но и поворачивается

Этот вариант конструкции позволил расположить впускные и выпускные окна в одной гильзе, а за счет поворота она могла открывать те или иные окна. Это единственный вариант одногильзовой компоновки и четырехтактного цикла, позже эта конструкция ушла в авиацию, а придумала ее фирма Argyll в 1912 году.

Классические схемы газораспределения тем временем не дремали, и похоронили дорогую и неэкономично-неэкологичную гильзовую систему. Появились системы OHC и DOHC, которые мы уже подробно рассматривали, однако основные проблемы никуда не делись, и если в гражданском использовании они оказывали малозначительное влияниие, то на спортивных моторах такая проблема, как подвисание клапанов на высоких оборотах, никуда не делась.

Чтобы клапаны не подвисали, приходилось идти разными путями.

1. Снижение массы подвижных частей механизма, облегчение клапана, тарелок, толкателей.

Но любое облегчение несет за собой снижение прочности, которое имеет свои пределы, так как клапан помимо прочности должен обладать и теплоемкость, дабы исключить его перегрев, тут даже не всегда спасает применение таких недешевых материалов как титан.

2. Увеличение жесткости клапанных пружин. Это влечет снижение КПД, увеличивает нагрузку на привод и сильно снижает ресурс. Для понимания того, что происходит под клапанной крышкой на 16000 оборотов, предлагаю посмотреть видео.

Чтобы обойти стороной эти негативные моменты, был придуман десмодромный привод клапанов, который использует в своих моторах компания Ducati.

Принцип этой системы весьма прост, клапанные пружины в этом механизме отсутствуют, вместо них на каждый клапан устанавливается по два рокера, один открывает клапан, а другой закрывает, каждый рокер приводится в действие собственным кулачком на распределительном валу, который имеет соответствующий профиль, который у них различается зеркально.

Данный механизм решает сразу много задач. У него прекрасный КПД, так как отсутствует расход энергии на упругие элементы, у него отсутствует инерционность вообще и он позволяет сохранять фазы газораспределения эталонными на любых режимах и оборотах. Отсутствует лишь возможность управления высотой подъема клапана и временем его открытия. Механизм нашел себя только в спорте и мотоциклах. Его использовал в своих гоночных моторах Mercedes, а сейчас его можно найти только в мотоциклах Ducati, которые славятся характерным звуком работы мотора, который все описывают по-разному, но примерно как «будто роботы еб.тся».

Было много вариаций и фантазий насчет данной конструкции, она долго не давала спокойно спать инженерам и конструкторам. Вот навскидку.

Десмодромный привод всем хорош, кроме его цены. Он требует прецизионной точности изготовления, сложен в регулировке, требователен к смазке, шумный, поэтому его и не встретить на гражданской технике приземленного ценового диапазона.

Тем временем пришла эра электроники, и ее быстро прикрутили к традиционному газораспределительному механизму, сделав фазовращатели, которые мы уже рассматривали. Получив возможность на лету менять фазы газораспределения, удалось сильно повысить отдачу моторов и сделать их очень эластичными, однако некоторые компании решили пойти чуть дальше. Так, компания BMW решила управлять еще и подъемом клапанов, придумав систему Valvetronic, которой пользуется до сих пор наряду с аналогичными системами у других производителей. Даже корейцы прикрутили подобную систему к своим чудомоторам)

Принцип системы прост, они сделали привод впускных клапанов через промежуточный рокер, у которого можно менять положение опоры с помощью сервопривода. Вкупе с фазовращателем удалось контролировать жизнь клапана в весьма больших пределах. Однако длительность фазы отдельно контролировать все еще осталось невозможно, да и увеличился вес подвижных элементов. Зато данная система позволила полностью избавиться от дроссельной заслонки, что повлекло за собой улучшение наполнения и снижение насосных потерь.

А теперь на закуску о прорыве в этой теме, который произошел в последние 20 лет, в течении которых компания Koeniggsegg разрабатывала свою революционную систему Freevalve.

А система действительно революционная. Так как она удовлетворяет всем критериям идеального ГРМ. Здесь нет распределительных валов и их привода, благодаря чему мотор становится сильно компактнее, а головка блока цилиндров и вовсе становится миниатюрной.

Первоначально системой Freevalve собирались оснащать моторы Saab, но контора загнулась. А ведь одной установкой этой системы характеристики мотора поднимали на 30%, а расход на 30% снижался! А это очень много.

Принцип действия прост как все гениальное, открытие клапанов осуществляется электромагнитами, закрытие клапанными пружинами, но необычными, на пружинах имеются миниатюрные пневмоподушки, позволяющие менять жесткость пружины в широких пределах, а положение клапана отслеживается с очень высокой точностью.

Что это дало? А очень многое. Теперь каждый клапан можно открыть на любую высоту и на любое время и на любых оборотах. Что позволяет сделать по-настоящему универсальный мотор, что и показывают их суперкары, у которых 1500лс и одна передача)

Данная система позволяет менять фазы газораспределения в любых пределах, также она позволяет отключить любое количество цилиндров с наименьшими потерями, можно реализовать и цикл отто и цикл аткинсона по желанию, а также некоторые другие циклы, можно динамически менять степень сжатия, и даже реализовать дизельный и бензиновый мотор в одном флаконе. Это действительно современное и высокотехнологичное решение. Вопрос в применении которого пока остается лишь за стоимостью, которая однако может сильно упасть в случае массового производства. Но если это случится, поршневые двигатели буквально получат второе дыхание, и они очень сильно изменятся. А в купе с новыми гибридными технологиями возможно получится создать поистине эффективные силовые установки. Я думаю, что это вершина эволюции поршневых ДВС, и их последняя ступень. Больше совершенствовать попросту нечего.

Ну, думаю на сегодня хватит, спасибо за интерес!

Поздравляю всех, кто родился 10 июня!

Я снова тут, и все ради того, чтобы поздравить тебя с днем рождения! Ты родился(лась) в один день с изобретателем четырехтактного двигателя внутреннего сгорания Николаусом Отто! Желаю постоянного движения, развития и сил достигать новых высот! С днем рождения!

VR игра, где предстоит собрать по винтику реальный автомобильный двигатель

Потрясающее развитие игровой индустрии. А ведь еще наверняка придумают химическую лабораторию, где любой сможет провести и наблюдать реакцию тысяч веществ и элементов друг с другом не тратя реагентов, или VR игру о оказании первой медицинской помощи при различных травмах. Подобные игры уже не просто развлечение, но весьма качественное обучающее пособие, особенно, если учесть, что VR технологии становятся с каждым годом доступнее, удобнее и надежнее.

Главный судовой двигатель

12-цилиндровый красавчик фирмы MAN B&W с мощностью почти 70 000 кВт и расходом под 100 тонн мазута/сутки. АБСОЛЮТНЫЙ БАТЯ ВСЕХ ДВС.

ДВС и его виды. Часть 8. Продолжение про ТНВД и Common Rail

Итак, продолжаем тему.

В комментариях просили дополнить некоторыми нюансами, исполняю)

Среди механических форсунок есть одна их интересная разновидность. Это двухпружинные форсунки, и главная их особенность — осуществление предвпрыска топлива.

В их конструкции предусмотрено две пружины. Первая отвечает за давление начала предвпрыска, при достижении которого игла преодолевает давление более слабой пружины и приоткрывается на 0.01-0.03мм, осуществляя начальный впрыск небольшой порции топлива. При достижении номинального давления топлива, игла своим уступом, уперевшись в шайбу основной пружины и преодолевая суммарное сопротивление двух пружин открывается на полный впрыск. На картинке последовательно изображены эти этапы. И да, это совсем не коммон рейл и даже не его подобие) Данная схема позволяет значительно повысить плавность работы моторов с непосредственным впрыском, так как предвпрыск позволяет заранее плавно поднять давление в цилиндре, снизив ударное действие при впрыске основной порции топлива.

Такие форсунки часто оснащаются распылителями хитрой конструкции, благодаря которой игла в двух положениях открывает разное количество дюз, для сохранения качественного распыления топлива при низком давлении топлива в первой фазе впрыска.

С механическими форсунками закончили, переходим к механическим ТНВД.

ТНВД бывают трех основных типов.

1. Рядные, к которым мы отнесем одиночные, рядные и V-образные

2. Распределительные. к которым отнесем торцевые и роторные.

3. Магистральные (используются с аккумуляторным впрыском common rail).

Основу и сердце любого ТНВД составляет плунжерная пара. Парой ее называют, потому-что она состоит из цилиндра и поршня, подогнанных друг к другу с прецизионной точностью, так как уплотнение достигается микроскопическим зазором.

В плунжерной паре есть три топливных канала:

3. канал отсечки.

Плунжер имеет внутренний канал, соединенный со спирально нарезанным по его поверхности каналом отсечки, поворотом корпуса плунжерной пары достигается совпадение спиральной нарезки с каналом отсечки подачи топлива при различном ходе плунжера, таим образом производится регулировка количества цикловой подачи топлива на форсунку. Наглядно можно посмотреть гифку

Плунжер приводится в движение кулачковым распределительным валом. Поворот корпуса плунжерных пар в многоцилиндровых моторах осуществляется единой зубчатой или пазово-шипной рейкой, которую так и называют — топливная рейка. Топливную рейку двигает педаль газа, которая на дизеле правильно называется — педаль подачи топлива или педаль регулятора оборотов если ТНВД оснащен таковым. Прямой привод используется только в очень простых конструкциях, подавляющее количество ТНВД оснащаются автоматическим регулятором. И тут мы коснулись коренного различия в управлении тягой бензинового и дизельного мотора.

Как в комментах заметили, в бензиновом моторе происходит количественное регулирование приготовления рабочей смеси, а в дизеле — качественное. То есть мы помним, что бензиновый мотор оснащен дроссельной заслонкой, которая связана с педалью газа и регулирует КОЛИЧЕСТВО подаваемого в двигатель топлива, а так как качество смеси (массовое соотношение топлива к воздуху) в бензиновом моторе можно принять за постоянное стехиометрическое с небольшими отклонениями, регулируем мы количество заряжаемой в цилиндр топливо-воздушной смеси. В дизельном моторе дроссельной заслонки нет, и наполнение цилиндров воздухом всегда максимально, а регулируем мы количество подаваемого топлива, изменяя КАЧЕСТВО рабочей смеси, поэтому регулирование зовется качественным.

Исходя из этого, разница заключается в том, что в бензиновом моторе мы педалью газа регулируем отдаваемую мощность. а в дизельном моторе мы регулируем скорость вращения коленчатого вала. То есть, нажимая на газ в бензинке, мы повышаем отдаваемую мощность, и раскрутится она до таких оборотов, пока сопротивление не сравняется с отдаваемой мощностью, а нажимая на педаль в дизеле мы грубо говоря говорим регулятору оборотов — «хочу 3000 оборотов» и регулятор уже автоматически управляет передвижением топливной рейки, меняя цикловую подачу топлива, для достижения заданного числа оборотов. Поэтому механические дизеля создают ощущение «подрыва» даже при небольшом нажатии на педаль, так как нажали мы немного, а регулятор оборотов может выкрутить цикловую подачу на максимум, как будто мы топнули в пол. Но это опять-же сильно зависит от настройки регулятора. Но кто ездил на ЯМЗ-238, те знают этот пинок под жопу при поглаживании педали подачи)))

Рядные или V-образные ТНВД состоят из таких отдельных секций на каждый цилиндр, приводимых кулачковым валом.

Топливная рейка как вариант выглядит подобным образом

Такие ТНВД помимо центробежного автоматического регулятора оборотов оснащаются центробежной муфтой опережения впрыска топлива, которая устанавливается на входном валу ТНВД и при увеличении оборотов доворачивает распределительный вал на опережение, делая подачу топлива более ранней, чтобы оно успело полностью сгореть с максимальной эффективностью.

Кроме этого ТНВД зачастую оборудуется ТННД (топливный насос низкого давления), который приводится от отдельного кулачка распределительного вала и отвечает за снабжение ТНВД топливом из бака.

К недостаткам такого типа ТНВД стоит отнести большие габариты и большую зависимость от равномерного качества изготовления плунжерных пар, так как малейшие огрехи вызовут разбег в выдаваемом давлении и цикловой подаче по цилиндрам.

Преходим к ТНВД распределительного типа, которые получили огромное распространение на легковых машинах, где необходима компактность, которой не располагают рядные насосы.

Первой рассмотрим торцевую конструкцию. Главной ее особенностью является наличие одной единственной плунжерной секции на все цилиндры, что дает огромный выигрыш в компактности и в единстве качества цикловой подачи по цилиндрам, так как плунжерная пара одна на всех.

В таких ТНВД поршень плунжерной пары осуществляет не только обратно-поступательные движения, но и вращается, а его корпус, который называется распределительной головкой — неподвижен.

В таких ТНВД плунжер имеет продольные прорези по количеству цилиндров, которые при вращении открывают или запирают подающий канал, кулачковый диск у основания плунжера при вращении попадает своими выступами на ролики роликового кольца, благодаря чему совершает обратно-поступательные движения, поворачиваясь подающим отверстием поочередно к каждому выходу к форсункам и осуществляет подачу топлива. Регулирование подачи топлива осуществляется дозирующей муфтой, которая скользит по шейке плунжера, открывая канал отсечки, передвижением муфты управляет центробежный регулятор оборотов. Также ТНВД оборудован автоматом опережения впрыска топлива, который перемещает роликовое кольцо, меняя момент начала движения плунжера.

Такие ТНВД нередко оснащаются электронным управлением, берущим на себя функции регулятора оборотов и автомата опережения.

Также на входном валу устанавливается роторно-лопастной ТННД, так как в таких ТНВД отсутствует кулачковый вал.

С началом применения таких ТНВД, началась их чувствительность к качеству топлива, так как плунжер имеет большое количество продольных прорезей и вращается с большой скоростью, любая песчинка может полностью вывести плунжерную пару из строя, а так как она у нас одна на весь мотор — мы теряем подвижность, в отличии от рядных ТНВД, обладающих рекордной живучестью. Также данные ТНВД не слишком в восторге от современной солярки, отвечающей нормам ЕВРО-5, с очень низким содержанием серы, которая повышает смазывающие способности топлива, которым смазывается ТНВД.

Второй разновидностью распределительных ТНВД являются роторные.

Данные насосы проще в устройстве, однако менее надежны, и они уже все только с электронным управлением. Эти насосы были закатом эры механических ТНВД.

В них также присутствует одна насосная секция, зачастую состоящая из двух плунжеров, которые нагнетают топливо в общую камеру высокого давления, которая находится во вращающемся распределительном вале, который поочередно соединяет насосную секцию с форсунками. Регулирование количества впрыскиваемого топлива осуществляется электромагнитным клапаном, выполняющим сброс давления из камеры в соответствии с заданной цикловой подачей. Регулирование опережения впрыска осуществляется перемещением кулачковой обоймы при помощи сервопривода.

Как видим, устройство стало до безобразия простым. Эти ТНВД благодаря электронному управлению достигли максимума в качестве смесеобразования и управления подачей топлива для классических топливных систем. И были довольно неприхотливыми. Основные проблемы связаны с износом роликов-толкателей плунжеров, так как они испытывают большие нагрузки и перемещаются с большой скоростью, а смазываются топливом, стремительно теряющим свои смазывающие свойства.

И тут мы подошли к революции в мире топливных систем, к Common Rail.

Эта система не так страшна, как ее описывают, при правильном уходе очень долговечна и не требует внимания. Однако требовательна к качеству фильтрации топлива, это ее единственный «минус», в остальном эта система позволила обрести дизелям настоящую быстроходность, экономичность, плавность работы. Дизеля резко отхватили большой процент у бензиновых моторов только благодаря Common rail.

Кардинальное отличие этой системы заключается в том, что регулирование подачи больше не осуществляется давлением выдаваемым ТНВД, что позволило резко поднять давление топлива, которое стало достигать 2000 атмосфер.

ТНВД в таких системах стал предельно прост, из него вытряхнули все лишнее, оставив только насосные секции.

Теперь ТНВД не занимается распределением топлива, опережением впрыска, дозированием, теперь всем этим занимается электронный блок управления двигателем. А ТНВД только качает топливо в топливную рампу, откуда оно подается к электромагнитным топливным форсункам, на рампе устанавливается датчик давления топлива и регулятор давления. Также в некоторых вариациях датчиков и регуляторов может стоять несколько.

Топливная рампа зовется аккумулятором давления, откуда система и получила название — аккумуляторный впрыск. Также Common Rail означает — общая рампа.

Упростился ТНВД, зато усложнилась форсунка, став помимо этого очень дорогой.

Форсунки бывают двух типов.

Пьезофорсунки это последнее слово в топливных системах. В отличии от электромагнитной, где как мы уже изучали, сердечник под действием магнитного поля открывает перепускной канал и стравливает давление топлива с обратного конца иглы, давая ей возможность подняться, вместо электромагнита с сердечником используется пьезоэлемент из спеченных керамических пластинок, который под действием разряда может менять свои размеры, открывая перепускной клапан, при этом из-за прецизионных размеров пьезоэлемента и запорного клапана, между ними устанавливается гидрокомпенсатор.

Такие форсунки практически неремонтопригодны, однако обладают сумасшедшим быстродействием, позволяющим осуществить впрыск топлива до десяти раз за цикл!

При изготовлении такой форсунки на заводе, она проходит испытание на производительность, после чего ей присваивается корректировочный код, который выглядит так

Этот код необходимо прописывать в блок управления двигателя при замене форсунки, для того чтобы он мог скорректировать время впрыска. Поэтому просто так взять и поменять форсунку не выйдет)

Топливо в цилиндр в системе CR подается в три этапа

2. Основной впрыск

Предвпрыск производится при движении поршня к верхней мертвой точке и может состоят из 1-4 отдельных порций топлива, это позволило очень плавно наращивать давление в цилиндре и практически избавиться от характерного дизельного тарахтения, моторы стали работать гораздо мягче. При полной нагрузке на двигатель предвпрыск как правило не производится.

Далее происходит впрыск основной порции топлива, который и обеспечивает рабочий ход, основной впрыск также может состоять из нескольких порций топлива. Все это направлено на борьбу с резким ростом давления. Режимов впрысков великое множество, все зависит от условий и множества факторов.

Но есть еще поствпрыск, и о нем чуть более развернуто.

Дизельные моторы всегда грешили экологией, особенно обильными выбросами различных оксидов азота и сажи. Оксиды азота образуются при большом избытке кислорода и высокой температуре. Что в бензиновых моторах происходит при переобеднении рабочей смеси. А дизелю вообще свойственна работа на сверхбедной смеси, так как регулирование качественное и доступ воздуха в мотор неограничен.

Если с выбросами соединений углерода успешно борется каталитический нейтрализатор, с соединениями азота он ничего поделать не может, и тут пришлось искать выход. А выход один — снизить температуру в камере сгорания и уменьшить количество кислорода на режимах неполной мощности. Так родилась система EGR или система рециркуляции отработавших газов.

Принцип прост — направить часть отработаших газов обратно во впуск, тем самым заместив часть воздуха инертным газом, снизив содержание кислорода и одновременно понизив температуру в камере сгорания, плюсом отработавшие газы перед попаданием во впуск проходят через жидкостный теплообменник, остывая и ускоряя прогрев мотора. Чтобы улучшить засасывание отработавших газов, к дизелю прикрутили дроссельную заслонку, которая в момент активации EGR прикрывается, ограничивая доступ воздуха и создавая отрицательное давление во впускном коллекторе. Таким образом мы получаем сильное снижение гадких азотосодержащих выбросов и лепим шильдик евро пять) Но не сразу, так как при обогащении топливной смеси у нас возникает вторая проблема — сажа, которая типа канцероген. Так вот, чтобы уменьшить ее содержание, нужно обеднить смесь, а тут опа, привет оксид азота. Ситуация патовая, но не совсем. Чтобы бороться с сажей, придумали перед катализатором ставить сажевый фильтр, который грубо говоря представляет из себя сетку, улавливающую частицы сажи, и тут нам пригодился поствпрыск. Сажевый фильтр рано или поздно забивается, от чего растет противодавление в выхлопной системе, и ЭБУ запускает процедуру регенерации фильтра, при которой посредством поствпрыска, вытесняемые выхлопные газы щедро сдабриваются порцией топлива, которое попадает в сажевый фильтр и выжигает эту сажу оттуда. Из выхлопной трубы при этом идет нехилый такой дымосрал, который здорово пугает несведущих автовладельцев. Наверняка многие видели такое явление на дороге. Прерывать этот процесс и паниковать не стоит, дайте мотору докоптить до конца.

Источник https://ru.abcdef.wiki/wiki/Straight-twin_engine

Источник https://www.drom.ru/info/misc/v12-v8-v6-r4-37404.html

Источник https://pikabu.ru/story/dvs_i_ego_vidyi_chast_2_6921856