Фазовые характеристики распредвалов.

[BVQ]

Всем добрый вечер! На форуме вроде давно, но больше в рид режиме)
В одном учебном учреждении пишу так называемую " Письменную экзаменационную работу" по теме " 20 клапанный ГРМ. Поняли к чему клоню. Так как на форуме много владельцев 20v двигателей, собственно и сам являюсь его владельцем, мне необходимо найти информацию по теме. На данный момент в тупик ставит только характеристика валов и натяжителя (регулятора фаз). Надеюсь кто-нибудь из вас обладает информацией хотя бы по высоте подъема клапанов, фазы валов в градусах и на сколько смещен кулачек среднего впускного клапана? ) Не важно атомсферный или надувной.
А так же принцип действия нятжителя, зависимость изменения фаз от оборотов или от другой величины?
Спасибо за внимание!

[valoff 053]

Всем добрый вечер! На форуме вроде давно, но больше в рид режиме)
В одном учебном учреждении пишу так называемую " Письменную экзаменационную работу" по теме " 20 клапанный ГРМ. Поняли к чему клоню. Так как на форуме много владельцев 20v двигателей, собственно и сам являюсь его владельцем, мне необходимо найти информацию по теме. На данный момент в тупик ставит только характеристика валов и натяжителя (регулятора фаз). Надеюсь кто-нибудь из вас обладает информацией хотя бы по высоте подъема клапанов, фазы валов в градусах и на сколько смещен кулачек среднего впускного клапана? ) Не важно атомсферный или надувной.
А так же принцип действия нятжителя, зависимость изменения фаз от оборотов или от другой величины?
Спасибо за внимание!

Audi S-Cars - Четырёхцилиндровый турбированный двигатель для Ауди А3

С недавних пор список двигателей, которыми могут оснащаться автомобили "Ауди А3", пополнился снабжённым турбонаддувом четырёхцилиндровым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением рабочей смеси, способным, наряду с хорошими динамическими характеристиками, обеспечить сравнительно небольшой расход топлива и высокую комфортабельность езды. Этот новый двигатель примечателен тем, что он является первым турбированным двига-телем с пятью клапанами на цилиндр, серийно устанавливаемым на автомобили компактного класса.
В настоящей статье описан снабжённый турбонаддувом и имеющий по пять клапа-нов на цилиндр двигатель "Ауди" рабочим объёмом 1,8 л, предназначенный для его поперечной установки в автомобиль и представляющий собой новую разработку фирмы "Ауди", основанную на используемом в автомобилях "Ауди А4" двигателе продольного расположения рабочим объёмом 1,8 л, имеющем номинальную мощ-ность 110 кВт и крутящий момент 210 Нм. Указанный крутящий момент развивается двигателем начиная с 1750 об./мин. и остаётся практически неизменным до 4600 об./мин.
Введение Турбированный двигатель рабочим объёмом 1,8 л выпускается фирмой "Ауди" с 1994 года. Этот силовой агрегат основан на хорошо зарекомендовавшем себя четырёхцилиндровом двигателе, устанавливавшемся на автомобили "Ауди" и "Фольксваген", и предназначен для его продольной установки в автомобиль. Однако для новой платформы автомобилей "Ауди" компактного класса (также называемого "Гольфклассом") требовался и был разработан новый турбированный двигатель объёмом 1,8 л, относящийся к более современному модельному ряду четырёхцилиндровых двигателей и предназначенный для его поперечной установки в автомобиль. Серьёзной доработке подверглись, соответственно были заново разработаны блок цилиндров, система подачи наддувочного воздуха и впускной трубопровод; на двигатель был установлен новый турбонагнетатель; была изменена система управления двигателем. Первым автомобилем, на который крупносерийно устанавливался новый двигатель, стал "Ауди А3".

Задача, поставленная перед разработчиками Перед коллективом разработчиков была поставлена задача разработать турбированный двигатель для поперечной установки в автомобиль, соответствующий принятой на фирме "Ауди" на момент разработки концепции того, каким должен быть современный ДВС с турбонаддувом. В соответствии с этой концепцией турбонаддув используется не для увеличения пиковой мощности двигателя, а для обеспечения высокого крутящего момента уже при сравнительно невысоких частотах вращения вала двигателя и поддержания этого крутящего момента на данном уровне в широком диапазоне этих частот. Для обеспечения такой характеристики крутящего момента применяются сравнительно небольшие работающие на ОГ турбокомпрессоры, способные создать достаточное давление наддува уже при работе двигателя на невысоких оборотах, причём дополнительное преимущество, связанное с использованием таких турбокомпрессоров, заключается в том, что за счёт малой инерционности движущихся частей они способны обеспечить весьма быструю и чуткую реакцию двигателя на управляющие воздействия. Одним из факторов, способствующих обеспечению требуемой характеристики крутящего момента, является длинноходная конструкция двигателя с пятью клапанами на цилиндр.
Кроме того, требовалось "вписать" новый двигатель в заданные размеры подкапотного пространства новой компактной платформы, сохранить максимально возможную унификацию по запасным частям с "родственными" бензиновыми и дизельными двигателями, а также обеспечить безопасность двигателя для пассажиров на случай столкновения автомобиля с препятствием.
Перед разработчиками ставились и экологические задачи, такие как снижение расхода топлива и гарантированное соответствие двигателя действующим и будущим требованиям по качеству отработавших газов (ОГ). Решение всех указанных задачи облегчалось благодаря описанной выше характеристике крутящего момента, позволяющей использовать коробку передач с "длинными" передачами. Во всём соответствующем повседневной эксплуатации диапазоне скоростей движения транспортного средства и частот вращения вала двигателя новый двигатель обеспечивает достаточно высокий крутящий момент, позволяющий водителю переходить на более высокую передачу уже при небольшой частоте вращения вала двигателя, и, таким образом, позволяющий большую часть времени эксплуатировать двигатель в наиболее экономичном режиме.
Описание двигателя Приведённое ниже описание затрагивает лишь наиболее существенные отличия двигателя "Ауди А3" от соответствующего "базового" (то есть взятого разработчиками за основу) двигателя, предназначенного для продольной установки в автомобиль.
Особенности двигателя, обусловленные его поперечным расположением В соответствии с техническим заданием (ТЗ) разрабатываемый двигатель предназначался для платформы Гольфкласса. Таким образом, размеры двигателя, местоположение радиатора жидкостного охлаждения, охладителя наддувочного воздуха, воздушного фильтра и многих трубопроводов системы охлаждения были предопределены ТЗ.
Поскольку в двигателе предполагалось использовать стандартную головку блока цилиндров для двигателей "Ауди" с пятью клапанами на цилиндр, то, какая сторона двигателя будет "горячей" (т.е. с какой стороны двигателя будет располагаться выпуск), было тоже заранее известно. Работающий на ОГ турбокомпрессор размещается между блоком цилиндров и передком, причём "холодная" сторона двигателя со впускным трубопроводом обращена к радиатору. Недостаток такой компоновки моторного отсека заключается в недостаточном охлаждении зоны выпускного коллектора и турбонагнетателя, а преимущество – в возможности применения компактной системы выпуска ОГ.
Основные отличия описываемого двигателя от "базового" двигателя, предназначенного для продольной установки в автомобиль, следующие:
Новый силовой агрегат без промежуточного вала;
Установка силового агрегата на самоустанавливающихся "маятниковых" опорах;
Новая система подачи наддувочного воздуха;
Новый впускной трубопровод;
Новый выпускной коллектор;
Новый турбонагнетатель;
Новая выпускная система;
Доработанная система управления двигателем. Блок цилиндров В то время как блок цилиндров предназначенного для продольной установки в автомобиль турбированного двигателя рабочим объёмом 1,8 л представляет собой "потомка" четырёхцилиндровых двигателей предыдущего поколения, новый двигатель поперечного расположения относится уже к следующему поколению. Силовой агрегат имеет следующие отличительные признаки:
Отсутствие промежуточного вала и цепной привод масляного насоса;
Корпуса насоса ОЖ встроен в блок цилиндров. Описание блока цилиндров Блок цилиндров ДВС имеет закрытую конструкцию со спускающимися боковыми "фартуками" и выполнен из чугуна марки "GG25". Из соображений уменьшения веса малонагруженные элементы блока выполнены так называемым тонкостенным литьём. Конструкция блока была по возможности приближена к конструкции блока турбированного дизельного двигателя "Ауди" с непосредственным впрыском (TDI), что позволило изготавливать новый двигатель на производственных мощностях, используемых для изготовления дизельных двигателей.
Корпус насоса ОЖ встроен в блок цилиндров, то есть внутренняя полость корпуса, соответственно насосная камера этого насоса выполнена непосредственно внутри блока цилиндров, а крыльчатка и крышка подшипника насоса вставляются в эту предусмотренную в блоке цилиндров полость. Термостат расположен в корпусе насоса ОЖ. Такая конструкция позволяет существенно сократить количество требующих уплотнения поверхностей в системе циркуляции ОЖ. Привод насоса ОЖ осуществляется непосредственно от зубчатого ремня.
Расположенный в маслосборнике (масляном поддоне) масляный насос приводится в действие от коленчатого вала посредством двухфонтурной цепи. Низкое расположение масляного насоса позволяет уменьшить высоту всасывания и улучшить самовсасывание насоса. Редукционный клапан шиберного типа расположен в корпусе масляного фильтра со стороны чистого масла, что позволяет обеспечить максимально возможное снижение давления масла, и тем самым снизить рассеиваемую в двигателе мощность. Прошедшее фильтрацию масло используется для смазки подшипников и поступает в форсунки охлаждения поршней. Масляный поддон выполнен из алюминия литьём под давлением и жёстко крепится винтами к двигателю и коробке передач, что увеличивает крутильную жёсткость узла "двигатель + коробка".
Отказ от промежуточного вала и интеграция насоса ОЖ в блок цилиндров позволили снизить вес двигателя приблизительно на 3 кг, причём привод всех вспомогательных механизмов двигателя и дополнительных агрегатов (насоса усилителя рулевого привода, генератора и компрессора кондиционера) осуществляется одним единственным поликлиновым ремнём. Компактность блока цилиндров ДВС и расположение вспомогательных механизмов двигателя и дополнительных агрегатов вблизи двигателя позволили улучшить безопасность двигателя для пассажиров при столкновении автомобиля с препятствием.
Система подачи наддувочного воздуха Пройдя через расположенный слева воздушный фильтр, впускаемый воздух поступает в расположенный за блоком цилиндров турбокомпрессор, работающий на ОГ. Сжатый компрессором наддувочный воздух перемещается от компрессора вниз мимо головки цилиндров и затем по соответствующему трубопроводу, расположенному параллельно лонжерону, поступает в охладитель наддувочного воздуха. Затем охлаждённый наддувочный воздух по напорному воздуховоду поднимается вверх, к расположенному на впускном трубопроводе блоку дроссельной заслонки.

Впускной трубопровод Конструкция впускного трубопровода, позаимствованная у турбированного ДВС продольного расположения, была доработана с учётом требований поперечного расположения. Поскольку у описываемого двигателя поперечного расположения патрубок дроссельной заслонки расположен сбоку от коллектора, а не по центру, в конструкцию впускного трубопровода пришлось внести существенные изменения.
Головка блока цилиндров Головка блока цилиндров была без каких либо существенных изменений позаимствована у двигателей продольного расположения. Единственное отличие заключается в наличии дополнительного разъёма для комбинированной системы вентиляции блока цилиндров и его головки, обеспечивающей как вентиляцию, так и создание в картере требуемого разрежения.
Выпускной коллектор Выпускной коллектор литой. Исходя из накопленного опыта создания и эксплуатации турбированных ДВС продольного расположения, в качестве материала для изготовления выпускного коллектора описываемого двигателя был использован специальный сплав "GGG NiSiCr 3552", также называемый коллекторным сплавом "D5" и представляющий собой материал с высоким содержанием никеля, обладающий высокой прочностью на разрыв.
Во фланце крепления коллектора к головке блока цилиндров предусмотрены прорези, позволяющие уменьшить напряжения, обусловленные достаточно существенным изменением размеров отдельных каналов коллектора под воздействием высокой температуры.
Показанный на Рис. 3 выпускной коллектор достаточно компактен, причём благодаря хорошей доступности всех мест крепления он может привинчиваться к головке блока сборочным роботом, т.е. без участия человека. Компактность коллектора также способствует уменьшению задержки срабатывания турбонагнетателя. В то время как выпускной коллектор турбированного двигателя продольного расположения выполнен по схеме "3 в 1 и 1 в 1", новый выпускной коллектор двигателя поперечного расположения построен уже по схеме "2х2 в 1".

Турбокомпрессор, работающий на ОГ В качестве турбокомпрессора была выбрана имеющая жидкостное охлаждение модель "К03" фирмы "ККК". Этот работающий на ОГ турбокомпрессор показан в сборе на Рис. 4. Данный турбокомпрессор достаточно компактен, и благодаря малой инерционности турбинного колеса способен оперативно реагировать на любые изменения нагрузки.
Турбонагнетатель "KKK03"
Противопомпажный регулирующий клапан "закорачивает" рабочий контур компрессора при закрытии дроссельной заслонки, не допуская эксплуатации турбокомпрессора близко к границе помпажа. Такое техническое решение позволяет избежать резких торможений рабочего колеса компрессора при переходе в режим принудительного холостого хода. При следующем за ездой в режиме холостого хода ускорении, соответственно при открытии дроссельной заслонки, турбокомпрессор не приходится заново раскручивать до рабочей частоты вращения, что повышает общую оперативность отклика двигателя на управляющие воздействия.
Корпус турбокомпрессора полностью новый, с радиально направленным исходящим потоком и перпендикулярным оси компрессора фланцем ОГ. По сравнению с двигателем продольного расположения сечение "шейки" турбины несколько увеличено, что позволило уменьшить давление на входе турбины и, соответственно, несколько уменьшить как воздействующее на колесо компрессора смещающее осевое усилие, так и количество остаточных газов.
В корпус встроен байпасный клапан с пневмоприводом, способный направлять излишки ОГ в обход турбокомпрессора. При небольших частотах вращения вала двигателя байпасный клапан закрыт, и турбокомпрессор, через который проходят все выпускаемые двигателем ОГ, создаёт необходимое для обеспечения высокого крутящего момента давление наддува. С увеличением частоты вращения вала двигателя всё большее количество ОГ пускается в обход турбокомпрессора.

Корпус турбокомпрессора выполнен из того же материала, что и выпускной коллектор, то есть из сплава "GGG NiSiCr 3552". Охлаждение турбокомпрессора после выключения двигателя осуществляется за счёт так называемого термосифонного эффекта.
Турбокомпрессор прикреплён к фланцу выпускного коллектора тремя винтами М10 х 50. Винты выполнены из материала "X5NiCrTi2615". Этот материал представляет собой термостойкую сталь, коэффициент теплового расширения которой близок к аналогичному коэффициенту никелесодержащего сплава "D5", из которого выполнены выпускной коллектор и корпус турбокомпрессора. Таки образом, даже при сильных колебаниях температуры механические напряжения на участке соединения минимальны, что позволяет обеспечить надёжность соединения в течение длительного времени.
Для дополнительной разгрузки подвергаемого существенным тепловым и динамическим нагрузкам соединения коллектора с компрессором корпус компрессора опирается на блок цилиндров. Конструкцией крепления блока "коллектор + компрессор" предусмотрена возможность компенсации достигающего нескольких миллиметров теплового расширения выполненных из сплава "D5" выпускного коллектора и турбины, как правило работающих при весьма высоких температурах. Более жёсткая конструкция этого крепления привела бы к появлению в сопряжённых элементах значительных напряжений, соответственно к повреждению этих элементов.
Для этой цели была разработана опора, обладающая определённой гибкостью на изгиб в направлении термического расширения указанного блока, и при этом поглощающая динамические колебания элементов блока. Геометрические формы опоры были оптимизированы с использованием компьютерного моделирования. Соответствующая компьютерная модель показана на Рис. 6. На Рис. 7 показаны обусловленные тепловым расширением напряжения в корпусе турбокомпрессора, возникающие при использовании жёсткой опоры. На Рис. 8 показаны напряжения, возникающие при использовании оптимизированной опоры – очевидно, что в данном случае эти напряжения существенно ниже.
турбокомпрессора при его креплении посредством оптимизированной опоры
Система выпуска ОГ Хотя от используемого в двигателе продольного расположения фланцевого крепления каталитического нейтрализатора ОГ непосредственно к турбокомпрессору и пришлось отказаться, у двигателя поперечного расположения нейтрализатор всётаки расположен сравнительно недалеко от двигателя. Как показано на Рис. 9, расстояние между работающим на ОГ турбокомпрессором и монолитным каталитическим (рабочим) элементом каталитического нейтрализатора ОГ составляет всего 700 мм.

Сокращение расстояния между двигателем и каталитическим нейтрализатором позволяет ускорить прогрев, соответственно начало работы каталитического нейтрализатора, и обеспечить соблюдение предельных значений токсичности ОГ, указанных в Директиве "MVEG II" Европейской комиссии по автомобильным выбросам, без использования дополнительных функций прогрева каталитического нейтрализатора, предусматривающих целенаправленное переобогащение смеси.
Кроме того, выбранная конструкция выпускной системы обладает потенциалом по приведению её в соответствие с будущими более строгими экологическими нормами. Используемый каталитический нейтрализатор имеет размеры 118 х 174 мм. Кислородный датчик (лямбдазонд) модели "LSH 25" фирмы "Bosch" установлен на начальном участке выпускного трубопровода.
Система управления двигателем Аналогично турбированному двигателю "Ауди А4" объёмом 1,8 л, для управления турбированным двигателем "Ауди А3" также применяется блок "Bosch Motronic M 3.8". Принципы функционирования систем управления обоими двигателями практически аналогичны. Разумеется, в программу блока управления двигателя заложены все данные, учитывающие специфику нового двигателя поперечного расположения.
Технические характеристики Технические характеристики двигателя Основные технические характеристики приведены ниже в виде таблицы:
Тип
Четырёхцилиндровый, рядный Количество клапанов на цилиндр
5 Рабочий объёмсм31781 Диаметр цилиндра / длина хода поршнямм 81/86,4 Отношение длины хода поршня к диаметру цилиндра 1,07 Длина шатуновмм 144 Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна0,3 Высота блока цилиндровмм 220 Межцилиндровое расстояниемм 88 Диаметрмм 54 Диаметр шатунных подшипниковмм 47,8 Диаметр клапанов (впуск/выпуск)мм 27/30 Высота подъёма клапанов (впуск/выпуск)мм 7,67/9,30 Ширина кулачков распределительных валов (впуск/выпуск)° поворота коленвала 190/200 Проходное сечение впускного каналамм 2 40,2 Масса двигателякг128 Масса в расчёте на 1 л.с.кг/кВт1,16 Система приготовления смеси
Bosch Motronic M3.8 Коэффициент сжатия
9,50,5 Топливо Октановое число по исследовательскому методу
95 Максимальная частота вращения вала двигателя1/мин6 800 Средняя скорость поршням/сек16,7 Максимальное среднее давлениебар14,82 Максимальная мощностькВт110(с учётом ограничений, обусловленных системой управления двигателем) при частоте вращения вала двигателя 5 700 об/мин Максимальный крутящий моментНм210(с учётом ограничений, обусловленных системой управления двигателем) при частоте вращения вала двигателя от 1750 до 4600 об/мин Удельная мощностькВт/дм361,76 Удельный крутящий моментНм/дм3117,91 Максимальное давление наддувабар1,8 при частоте вращения вала двигателя1/мин1750 Токсичность ОГ
Соответствует MVEG II Технические характеристики транспортного средства Расход топлива автомобилем "Ауди А3" с турбированным двигателем рабочим объёмом 1,8 л составляет:
5,8 л на 100 км на скорости 90 км/ч;
7,7 л на 100 км на скорости 120 км/ч;
9,0 л на 100 км при городском цикле;
7,5 л на 100 км при смешанном цикле. Состав выхлопных газов автомобиля соответствует требованиям Директивы "MVEG II" Европейской комиссии по автомобильным выбросам.
Благодаря показанным на Рис. 10 мощностной характеристике и характеристике крутящего момента турбированного двигателя рабочим объёмом 1,8 л динамика и эластичность автомобиля "Ауди А3" весьма неплохи для своего класса:
8,1 сек. с 0 до 100 км/ч;
12,3 сек. с 60 до 120 км/ч.
В новом турбированном двигателе объёмом 1,8 л с пятью клапанами на цилиндр была ещё раз, на этот раз применительно к двигателю, предназначенному для поперечной установки в автомобиль "Ауди А3", реализована техническая концепция фирмы "Ауди", предусматривающая ориентацию турбированных двигателей на развитие крутящего момента. Этот не имеющий промежуточного вала двигатель нового поколения позволяет обеспечить хорошую динамику и эластичность, одновременно с этим являясь привлекательным для покупателей ещё и благодаря своему сравнительно небольшому расходу топлива.

[valoff 053]

Спасибо за внимание!

Осенью 1994 года, одновременно с началом производства модели "Ауди А4", пришедшей на смену "Ауди 80", фирма "Ауди" представила публике новую концепцию четырёхцилиндрового двигателя. Основным техническим отличием этого двигателя явилась головка блока цилиндров, имеющая по пять клапанов на каждый цилиндр (см. Рис. 1 и 5).
Перед разработчиками нового двигателя ставилась задача улучшить экономичность двигателя, обеспечить его соответствие новым требованиям по токсичности выхлопа "MVEG II" Европейской комиссии по автомобильным выбросам, уменьшить шумность работы, а также усовершенствовать конструкцию и улучшить динамические характеристики двигателя.
Дополнительными задачами являлись уменьшение массы двигателя, улучшение его пригодности для вторичной переработки и минимизация производственных затрат.
Было принято решение в качестве основной меры по повышению экономичности двигателя и уменьшению выбросов в атмосферу уменьшить рабочий объём двигателя, что позволило создать двигатель, рассчитанный на работу в условиях повседневной эксплуатации в той части своего рабочего диапазона, в которой этот двигатель имеет максимальный КПД.
Для того, чтобы двигатель с уменьшенным рабочим объёмом мог развивать требуемые мощность и крутящий момент, количество клапанов на цилиндр было увеличено до пяти, поскольку такое количество клапанов позволяет увеличить эффективное проходное сечение клапанной системы (см. Рис. 3, 4 и 10).
В результате на основе весьма удачных двигателей 827-й серии было разработано две версии нового двигателя, мощностью 92 и 110 кВт соответственно. Рабочий объём обеих версий нового двигателя одинаков и составляет 1,78 л.
В настоящей статье приведено общее техническое описание показанной на Рис. 6 и 12 нетурбированной версии нового двигателя, мощностью 92 кВт.
Новый четырёхцилиндровый двигатель Ауди объёмом 1,8 л с пятью клапанами на цилиндр позволил добиться существенного увеличения экономичности, уменьшения токсичности выхлопа, снижения шумности работы и уменьшения производственных затрат.
Одновременно с этим присущая новому двигателю характеристика крутящего момента соответствует всем современным требованиям. Четырёхцилиндровый "атмосферник" с пятью клапанами на цилиндр стал отправной точкой для создания нового поколения двигателей фирмы "Ауди".

Введение С запуском в серийное производство новой модели "Ауди А4" увидел свет и четырёхцилиндровый двигатель "Ауди" нового типа.
В основу разработки нового двигателя была положена вполне своевременная задача дальнейшего уменьшения расхода топлива и вредных выбросов. Кроме того, перед разработчиками ставилась задача снижения шумности и улучшения динамических характеристик двигателя, уменьшения связанных с изготовлением двигателя производственных затрат и снижения массы двигателя.
В качестве основной меры по увеличению кпд двигателя было применено техническое решение, предусматривающее использование пяти клапанов на каждый цилиндр. Преимущества данного технического решения наиболее заметны именно в длинноходных двигателях, к которым относится большинство двигателей "Ауди".
Первые разработки пятиклапанных систем начались на фирме "Ауди" в 1984 году. Эти системы хотя и были весьма удачными, но ранее находили своё применение лишь в спортивных автомобилях. Описанный в настоящей статье двигатель с пятью клапанами на цилиндр и двумя расположенными в верхней части двигателя распределительными валами явился первой попыткой фирмы "Ауди" применить подобную систему в серийном двигателе.
Пятиклапанная система как средство для выполнения требований ТЗ Как показали многочисленные исследования, длинноходные двигатели, имеющие компактные камеры сгорания с малым отношением поверхности к объёму, обладают определёнными преимуществами по сравнению с короткоходными двигателями, имеющими цилиндры сравнительно большого диаметра.
Основными и достаточно значимыми в практическом плане преимуществами длинноходных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются их более высокий индикаторный кпд, лучшие показатели по выбросу остаточных (несгоревших) углеводородов и способность лучше работать на обеднённой смеси, соответственно меньшая необходимость дополнительного обогащения смеси на период прогрева ДВС.
Исходя из вышеизложенного, длинноходные ДВС наиболее хорошо пригодны для предпочтительной эксплуатации на бедной смеси, а также для тех случаев, в которых этот двигатель предполагается оснащать системами электронного управления подачей топлива, не имеющими механической связи между педалью акселератора и дроссельной заслонкой.
Таким образом, из всех ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси именно длинноходные ДВС обладают наиболее высоким потенциалом для создания на их основе современных и высокоэкономичных автомобилей, обладающих привлекательными потребительскими свойствами.
Рис. 1: Соотношение длины хода и диаметра цилиндра серийных ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси
Как показано на Рис. 1, большинство ДВС фирмы "Ауди" отличаются от основного числа двигателей иных производителей весьма большой длиной хода. Таким образом, в самые основы конструкции большинства ДВС "Ауди" заложены принципы, открывающие богатые возможности для улучшения экономичности этих двигателей.
Кроме того, такие двигатели обладают заметным потенциалом по повышению их кпд путём уменьшения потерь тепла на процессы газообмена в цилиндрах и оптимизации наполнения цилиндра, соответственно распределения топлива в заряде.
Основными мерами по такой оптимизации являются использование турбонаддува и увеличение проходного сечения клапанной системы.
Однако вследствие относительно небольшого диаметра цилиндра при использовании обычных клапанных систем эффективное проходное сечение клапанов длинноходных двигателей весьма ограничено.
Как показано на Рис. 2, применение пятиклапанной системы позволило обеспечить в новом двигателе рабочим объёмом всего 1,8 л эффективное проходное сечение клапанной системы, существенно превышающее аналогичный показатель сравнимых двигателей с обычными, то есть четырёхклапанными, системами.
Рис. 2: Сравнительные диаграммы эффективных проходных сечений клапанных систем различных ДВС
2V, 4V, 5V = количество клапанов на цилиндр (2, 4, 5 соответственно)
E/A = сравнительная диаграмма эффективного проходного сечения впускных (Е) и выпускных (А) клапанов
Рис. 3: Конфигурации клапанов в головках блока с четырьмя и пятью клапанами на цилиндр, для цилиндров диаметром 75, 81 и 95 мм5V, 4V = количество клапанов на цилиндр (5 и 4 соответственно)E = впускной клапанA = выпускной клапан
Максимально возможные диаметры проходных сечений клапанных систем, соответственно максимально достижимые значения суммарного проходного сечения впускных и выпускных клапанов, различны для четырёхцилиндровых и пятицилиндровых головок блока цилиндров. Расположение и соотношение геометрических размеров клапанов для цилиндров различного диаметра показаны на Рис. 3. В четырёхклапанной головке блока цилиндров с диаметром цилиндра менее 95 мм максимально возможный геометрический диаметр клапана ограничен шириной перемычек между свечой зажигания и клапанами.
В пятиклапанной головке цилиндра аналогичных размеров размеры клапанов, напротив, ограничены шириной перемычек между самими клапанами. Увеличение расстояния между клапанами и свечой зажигания позволяет, исходя из возможностей технологий, применяемых для отливки головки блока цилиндров, обеспечить лучшее отделение свечного колодца от выпускных каналов и увеличить эффективность охлаждения соответствующего участка головки.
Следствием вышеуказанных особенностей конструкции ДВС с пятью клапанами на цилиндр является сравнительно малая, несмотря на высокую степень наполнения цилиндров, склонность этих ДВС к возникновению в них детонации.
Таким образом, применение в описываемом двигателе пятиклапанной системы способствовало выполнению таких требований технического задания (ТЗ), как снижение расхода топлива, увеличение крутящего момента и уменьшение вредных выбросов по сравнению с аналогичными параметрами схожего двигателя с четырьмя клапанами на цилиндр. Пятиклапанная система показана на Рис. 4.
Рис 4: Новая пятиклапанная система двигателя "Ауди"
Описание двигателя На Рис. 5 новый двигатель "Ауди" рабочим объёмом 1,8 л с пятью клапанами на цилиндр изображён в продольном и поперечном сечении.
Рис. 5: Вид двигателя Ауди рабочим объёмом 1,8 л с пятью клапанами на цилиндр в продольном и поперечном сечении
Головка блока цилиндров и клапанный узел Показанная на Рис. 6 и 7 головка блока цилиндров с пятью клапанами на цилиндр выполнена из вылежанного при высокой температуре алюминиевого сплава (Al Si 10 Mg).
Выпускные клапана имеют диаметр 30 мм и расположены под углом 20° относительно оси цилиндра, в то время как впускные клапана имеют диаметр 27 мм, причём наружные впускные клапана расположены под углом 21,5°, а внутренние – под углом 15° относительно указанной оси.
Три канала впускных клапанов, сходясь, образуют овальное отверстие, к которому присоединяется фланец впускного трубопровода. Таким образом, впускной трубопровод, как и уплотнительная прокладка, устанавливаемая в месте его присоединения к указанному отверстию, могут иметь простую геометрическую форму. Хотя дополнительная послелитейная обработка всех внутренних поверхностей впускных каналов не предусматривается, конструкция каналов позволяет и без такой обработки обеспечить хорошие показатели пропускной способности. Так, при наличии цилиндра диаметром 81 мм, при высоте подъёма клапана, составляющей 10 мм, значение параметра ak для впускного канала с не обработанными, грубыми литыми внутренними поверхностями составляет 0,21. Благодаря своей конструкции каналы создают завихрения впускаемого воздуха, достаточные для обеспечения достаточно малой склонности ДВС к возникновению в нём детонации в том числе и при использовании систем управления составом смеси (адаптации состава смеси) по коэффициенту избытка воздуха, в которых значение этого коэффициента (лямбды) предполагается поддерживать по возможности близким к единице. Кроме того, конструкция каналов допускает применение двухструйных клапанных форсунок, ориентирующих струи впрыскиваемого топлива в направлении всех трёх впускных клапанов. При этом практически всё топливо распыляется в направлении тарелок клапанов, и лишь самый минимум топлива попадает на стенки цилиндра, а, точнее, не на сами стенки, а на перемычки между каналами.
Конструкция выпускных каналов аналогична конструкции выпускных каналов двигателя с четырьмя клапанами на цилиндр, причём эти каналы, сходясь, образуют круглое отверстие, к которому присоединяется фланец выпускного трубопровода. Геометрические параметры впускных и выпускных каналов определены с учётом требований как ДВС со свободным впуском (так называемых "атмосферников"), так и ДВС с турбонаддувом.
Все поверхности впускных и выпускных каналов, камеры сгорания, а также каналов для циркуляции охлаждающей жидкости (ОЖ) и масла были спроектированы с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР). Это позволило добиться необходимой для крупносерийного производства хорошей воспроизводимости / повторяемости характеристик стержневых ящиков и фасонных деталей.
Пятиклапанная система позволяет создать компактную камеру сгорания с профилированными участками между выпускными клапанами, а также между наружными впускными клапанами и средним впускным клапаном. Дополнительная обработка камеры сгорания не предусмотрена, поскольку поверхность камеры сгорания по сравнению с суммарной поверхностью тарелок клапанов незначительна. Технология изготовления позволяет выдерживать номинальный объём камеры сгорания с высокой точностью, благодаря чему нормальный разброс по степени сжатия между отдельными цилиндрами минимален.
Свеча зажигания расположена по центру камеры сгорания. Для улучшения охлаждения она наклонена на 3°.
Конструкцией головки блока цилиндров предусмотрена специальная система каналов для дополнительной подачи свежего (так называемого "вторичного") воздуха в выпускные каналы. Центральный продольный канал подачи свежего воздуха посредством отдельных более мелких каналов соединяется с каждым из выпускных каналов и таким образом обеспечивает подачу в них свежего воздуха.
Такое техническое решение делает излишним применение недостаточно надёжных в работе отдельных трубопроводов подачи свежего воздуха.
Система подачи свежего, или вторичного воздуха, частью которой являются описанные выше каналы, в настоящее время не применяется в серийных двигателях, однако может быть введена в действие впоследствии, в ходе дальнейшего технического совершенствования двигателя, соответственно в случае ужесточения экологических требований по токсичности выхлопных газов.
Рис. 6: Новая головка блока цилиндров с пятью клапанами на цилиндр
Рис. 7а: Вид головки блока цилиндров со стороны подшипников распределительного вала
Рис. 7б: Вид головки блока цилиндров со стороны камеры сгорания
Рис. 8: Система жидкостного охлаждения головки блока цилиндров
Система жидкостного охлаждения головки блока цилиндров имеет достойную отдельного упоминания конструкцию.
Охлаждение головки осуществляется поперечным потоком ОЖ. Приблизительно две трети объёма ОЖ поступает из блока цилиндров ДВС в головку блока с выпускной стороны последней. Далее эта ОЖ проходит вблизи донных участков камер сгорания, в обход выпускных каналов и свечных колодцев. Отвод ОЖ от каждого цилиндра осуществляется по показанному на Рис. 8 центральному продольному каналу (коллектору) для ОЖ, расположенному за свечными колодцами. Оставшаяся треть ОЖ поступает в головку блока с впускной стороны, проходит над дном камер сгорания и после этого поступает в тот же коллектор.
Конструкция каналов жидкостного охлаждения всех цилиндров одинакова. ОЖ подаётся ко всем цилиндрам поровну через отверстия, предусмотренные в прокладке головки блока цилиндров. Отводимая от всех цилиндров ОЖ через предусмотренный в торцевой части головки блока цилиндров пластиковый патрубок и соответствующий трубопровод, расположенный под впускным трубопроводом, поступает в радиатор жидкостного охлаждения. Из радиатора через заключённые в единый корпус водяной насос и термостат ОЖ поступает обратно в блок цилиндров. Отдельного малого контура циркуляции ОЖ (минуя радиатор) не предусмотрено, поскольку соответствующее достаточное для всех возможных режимов эксплуатации двигателя количество ОЖ циркулирует по всегда открытому жидкостному контуру отопителя (так называемая система отопления с воздушным регулированием) и жидкостному контуру, общему для жидкостно-масляного радиатора и системы подогрева блока дроссельной заслонки.
Подшипники распределительных валов расположены между тарельчатыми толкателями, причём подшипники впускного распределительного вала имеют сдвоенные крышки. Впускной распределительный вал приводится во вращение от выпускного посредством цепной передачи. Во избежание колебаний, а также для компенсации растяжения цепи предусмотрен натяжитель.Все детали привода клапанов проектировались с учётом требования по минимизации веса. Распределительные валы полые, сверлёные, а диаметр стержней клапанов уменьшен до 6 мм. Пружины как впускных, так и выпускных клапанов одинарные, оптимизированные с учётом требований по минимизации колебаний. Гидравлические толкатели клапанов, обеспечивающие автоматическое регулирование зазоров в приводе клапанов, также оптимизированы для минимизации веса. Толкатели карбонитрированные, что позволяет обойтись без нитрирования распределительного вала в соляной ванне.
Отсутствие операции нитрирования распределительного вала в соляной ванне целесообразно с точки зрения защиты окружающей среды, и, кроме того, позволяет избежать последующей операции правки нитрированного вала.
Масса, перемещаемая при работе впускных клапанов, составляет 86,3 г, а выпускных – 140,9 г. За счёт снижения жёсткости пружин, уменьшения ускорений, возникающих в процессе работы системы привода клапанов, а также за счёт снижения массы этой системы удалось снизить потери на трение и существенно уменьшить, по сравнению с известными серийными головками блока цилиндров с четырьмя клапанами на цилиндр, крутящий момент, затрачиваемой на приведение в действие указанной системы. В то же время, как показано на Рис. 9, эффективное проходное сечение клапанной системы, по сравнению с "исходным" двигателем более ранних серий, удалось существенно увеличить.
При этом вес головки блока цилиндров в сборе со всеми элементами системы привода клапанов уменьшился, по сравнению со схожими по рабочему объёму двигателями с четырьмя клапанами на цилиндр, на 3,7 кг.
Изящный пластиковый кожух, закрывающий крышку головки блока цилиндров, снижает шумность двигателя. В кожухе предусмотрено отверстие, необходимое для охлаждения выходного каскада имеющей два высоковольтных вывода катушки зажигания.
Рис. 9: Сравнение эффективных проходных сечений четырёх- и пятиклапанных систем
Система смены заряда (т.е. газообмена) в цилиндре Многоклапанные двигатели отличаются тем, что уже при небольшой высоте подъёма клапанов их клапанными системами обеспечиваются большие проходные сечения, вследствие чего эти двигатели весьма чувствительны к точности соблюдения параметров впускных и выпускных каналов, а также к точности настройки фаз газораспределения. Только при соблюдении названных условий в таких двигателях может быть обеспечен требуемый коэффициент наполнения цилиндров и эффективная очистка цилиндров от остаточных газов.
Ширина кулачков впускного и выпускного распределительных валов соответствует 210° поворота коленчатого вала (при высоте подъёма клапанов 1 мм). Открытие впускного клапана происходит на 4° после верхней мёртвой точки (ВМТ), а закрытие выпускного клапана происходит за 8° перед ВМТ (измерения, как и в предыдущем случае, проводились для высоты подъёма клапанов в 1 мм). Образующееся при этом незначительное перекрытие клапанов позволяет обеспечить высокую стабильность холостого хода.
В процессе проектирования, соответственно в процессе практических экспериментов и компьютерного моделирования, рассматривались различные возможные варианты конструкции впускного трубопровода. Некоторые из этих вариантов, которые благодаря весьма удачному соотношению длины и сечения имели великолепные параметры пропускной способности и позволяли в полной мере реализовать все преимущества, предоставляемые головкой блока цилиндров с пятью клапанами на цилиндр, были отброшены потому, что такие параметры были в заметной мере избыточны для двигателя указанной в техническом задании мощности. Основной задачей разработчиков было обеспечить максимальной крутящий момент уже при сравнительно невысокой частоте вращения вала двигателя.
Для того, чтобы двигатель можно было эксплуатировать на неэтилированном бензине "Супер", предназначенном для автомобилей с высокофорсированными двигателями (с октановым числом не менее 98 по исследовательскому методу), и чтобы при этом было обеспечено требуемое среднее давление, превышающее 12 бар, было необходимо обеспечить коэффициент наполнения цилиндров, превышающий 103%. Для этой цели было принято решение использовать впускной трубопровод с каналами длиной 690 и диаметром 40 мм, расширяющимися в направлении "барабана" впускного трубопровода и тем самым способствующими эффективной работе двигателя на высоких оборотах. Для того, чтобы "вписать" такой впускной трубопровод в имеющееся пространство, отдельные каналы трубопровода были изогнуты "улиткой". Отдельный кронштейн для крепления четырёх клапанных форсунок жёстко привинчен к головке блока цилиндров. К нему же с использованием четырёх резиновых амортизаторов крепятся каналы впускного трубопровода. "Барабан" впускного трубопровода поддерживают две дополнительные резиновые опоры. Использование указанных амортизирующих элементов позволяет существенно снизить вибрации, воздействующие, например, на блок дроссельной заслонки. Кроме того, описанное выше техническое решение позволяет снизить теплопередачу от мотора на впускной трубопровод и тем самым уменьшить температуру в зоне над головкой блока цилиндров.
Внутренний объём "барабана" впускного трубопровода составляет лишь 0,9 л. Это позволило обеспечить весьма "живую" реакцию впускного тракта на любые изменения нагрузки двигателя.
На "выходной" (обратной) стороне выполненной из нержавеющей стали топливораспределительной рейки предусмотрен регулятор давления. Во избежание обледенения блока дроссельной заслонки он снабжён системой жидкостного подогрева.
Воздуховод, ведущий от воздушного фильтра к блоку дроссельной заслонки, состоит из двух частей. Его первая часть является гибкой и служит для компенсации возможных перемещений двигателя и воздушного фильтра относительно друг друга. Вторая, жёстко прикреплённая к двигателю часть воздуховода имеет патрубок для соединения с системой вентиляции картера.
Максимальное значение коэффициента наполнения цилиндров двигателя, а соответственно и крутящего момента, достигается при 3950 об./мин. Описанная выше конструкция впускного трубопровода позволяет обеспечить достаточную степень наполнения цилиндров и при большей частоте вращения вала двигателя, что позволяет достичь максимальной мощности в 92 кВт. На Рис. 10 приведены результаты сравнительных испытаний различных впускных трубопроводов:
Рис. 10: Мощностные характеристики двигателя при применении различных впускных трубопроводов
Высокая степень наполнения цилиндров двигателя влияет на склонность двигателя к детонации как при близких к максимальным, так и при средних частотах вращения вала двигателя. Использование степени сжатия ? = 10,3 позволило обеспечить оптимальное соотношение между развиваемым крутящим моментом, расходом топлива и динамическими характеристиками двигателя.
Что касается выпускной системы, то перед коллективом разработчиков стояла задача создать выпускной коллектор, который объединял бы в себе преимущества позволяющего обеспечить максимальный крутящий момент сварного выпускного коллектора, имеющего выпускные каналы одинаковой длины и построенного по схеме "4 в 2 в 1" (т.е. по схеме, в соответствии с которой четыре выпускных канала сначала объединяются в два более крупных канала, которые, сливаясь, образуют основной коллекторный канал), и преимущества литого выпускного коллектора, более дешёвого в изготовлении и при этом обеспечивающего быстрый нагрев каталитического нейтрализатора отработавших газов (ОГ), что требуется для снижения токсичности ОГ.
Несмотря на сравнительно большую массу, потери тепла в процессе нагрева литого выпускного коллектора меньше, чем при использовании выпускного коллектора, сваренного из готовых труб. Исходя из этих соображений был разработан литой выпускной коллектор с выпускными каналами оптимизированной длины и уменьшенного диаметра, причём уменьшение диаметра каналов до 34 мм позволило существенно уменьшить массу коллектора. Внутренний диаметр каждого из рукавов двойного канала, в который объединяются четыре выпускных канала, составляет 38 мм, а длина каждого из этих двух рукавов до их слияния составляет приблизительно 500 мм. Рукава двойного канала, сливаясь, образуют трубу, или основной коллекторный канал, диаметром 60 мм, на конце которого установлен каталитический нейтрализатор ОГ.
Теплостойкость выпускного коллектора гарантируется благодаря использованию специального сплава "GGV Simo".
Блок цилиндров и система вентиляции За основу был взят выполненный из серого чугуна блок цилиндров четырёхцилиндровых двигателей EA 827, подвергшийся доработке с целью снижения веса и одновременного увеличения жёсткости. Для этой цели были оптимизированы толщина стенок, рёбра жёсткости и фланец крепления масляного поддона. Кроме того, было предусмотрено три дополнительных отверстия для обратного стока масла из головки блока цилиндров.
К системе вентиляции относится установленный перед дроссельной заслонкой сапун (продувочный клапан) с байпасными отверстиями. Через оснащённую маслоуловителем пластиковую успокоительную камеру к этому клапану поступают прорвавшиеся в картер газы, и этот же клапан позволяет обеспечить расход воздуха (в количестве 2,5 кг/ч), необходимый для работы струйного насоса. Такой подход позволяет обеспечить требуемое по законодательству разрежение в картере. Байпасный струйный насос с интегрированными обратными клапанами позволяет обеспечить перепад давления, необходимый для функционирования вакуумного усилителя тормозного привода. Предусмотрена специальная функция краткосрочного увеличения разрежения (приблизительно на 200 мбар) на период после запуска двигателя, поскольку при работе холодного двигателя на холостых оборотах для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора ОГ дроссельная заслонка поддерживается в слегка приоткрытом положении.
Кривошипно-шатунный механизм Коленчатый вал выполнен из чугуна с шаровидным графитом, установлен на пяти подшипниках и имеет восемь противовесов и "диагональных" масляных каналов, ведущих от коренных подшипников к шатунным.
Все шатуны стальные, кованые, причём каждый шатун имеет ведущий к его головке масляный канал. Путём оптимизации конструкции шатунов вес каждого шатуна удалось снизить на 75 г по сравнению с "базовыми" (то есть взятыми разработчиками за основу) двигателями предыдущих серий.
Шатунные подшипники трёхслойные, металлические, а коренные подшипники коленчатого вала имеют алюминиевые вкладыши.
Для уменьшения биения поверхности поршней, подвергающиеся воздействию давления и противодавления, выполнены графитированными. Это позволяет обеспечить равномерность работы двигателя прежде всего во время холодного пуска.
Имеющий сложную конструкцию "двухмассовый" маховик обеспечивает эффективное гашение крутильных колебаний и помогает снизить уровень шума, создаваемого коробкой передач. Отсутствие специального гасителя крутильных колебаний на ведомом диске сцепления позволило уменьшить синхронизируемые массы и дополнительно увеличить удобство переключения передач.
Вспомогательные механизмы двигателя и дополнительные агрегаты, приводимые в действие ремённой передачей Привод выпускного распределительного вала осуществляется от коленчатого вала посредством имеющего круглый профиль зубчатого ремня. Для компенсации воздействия теплового расширения блока цилиндров и его головки на степень натяжения зубчатого ремня применён термокомпенсирующий натяжной ролик с пневматической амортизацией. Применение материала HNBR (гидрированного акрилнитрилбутадиенового каучука) позволяет обеспечить срок службы зубчатого ремня, сравнимый со сроком службы автомобиля.
Привод вспомогательных механизмов двигателя и дополнительных агрегатов осуществляется посредством поликлинового ремня, имеющего пружинный натяжитель с фрикционным демпфированием. Генератор, насос усилителя рулевого привода и вентилятор установлены на одном кронштейне навесных агрегатов, над водяным насосом (насосом ОЖ). Привод вентилятора осуществляется от обратной поверхности ремня посредством вязкостной муфты с зависящей от температуры характеристикой.
Второй поликлиновый ремень служит для привода компрессора кондиционера, расположенного справа от двигателя. Привод водяного насоса (насоса ОЖ) осуществляется от насоса усилителя рулевого привода посредством дополнительной ремённой передачи с клиновым ремнём. Такое техническое решение позволило использовать насос(ы) имеющейся конструкции. Не требующая технического обслуживания ремённая передача изображена на Рис. 11.
Рис. 11: Ремённая передача со всеми вспомогательными механизмами двигателя и дополнительными агрегатами
Система управления двигателем Общее описание системы Как и при разработке самого двигателя, при разработке системы управления двигателем много внимания было уделено простоте, надёжности и удешевлению. Кроме того, при разработке системы были, естественно, учтены все текущие требования законодательства в отношении снижения токсичности выхлопных газов (директива MVEG II Европейской комиссии по автомобильным выбросам), а также пожелания целевой группы покупателей. Принципиальная схема двигателя показана на Рис. 12.
Рис. 12: Принципиальная схема четырёхцилиндрового двигателя с пятью клапанами на цилиндр


1 Реле топливного насоса
2 Фильтр из активированного угля
3 Клапан фильтра из активированного угля
4 Топливный бак
5 Топливный фильтр
6 Электрический топливный насос
7 Каталитический нейтрализатор ОГ
8 Кислородный датчик (лямбда-зонд)
9 Датчик частоты вращения (вала двигателя)
10 Датчик(и) детонационного сгорания
11 Радиатор
12 Зажигание
13 Датчик Холла
14 Воздушный фильтр
15 Термоанемометрический расходомер воздуха с нагреваемой нитью
16 Водоструйный насос
17 Тормоза (вакуумный усилитель привода тормозов)
18 Педаль акселератора
19 Концевой нормально-разомкнутый (то есть замыкающийся при переводе двигателя в режим холостого хода) контакт сигнала холостого хода
20 Потенциометр действительного значения (фактического углового положения дроссельной заслонки)
21 Исполнительный двигатель (серводвигатель дроссельной заслонки)
22 Потенциометр заданного значения (потенциометр положения привода дроссельной заслонки)
23 Блок управления двигателем
24 Клапан вентиляции (топливного) бака
25 Блок дроссельной заслонки
26 Редукционный клапан
27 Глушитель
Блок управления двигателем и система самодиагностики В основу системы управления двигателем был положен блок управления двигателем семейства "Motronic" производства фирмы "Bosch". Такой выбор объясняется наличием в нём многочисленных функций и возможностей точной настройки.
Блок управления двигателем (модели "М3.2") обладает следующими особенностями:
Алюминиевый корпус, выполненный литьём под давлением;
96-контактный модульный разъём;
Процессор: 16-битный "С 196 KR" с тактовой частотой 11,88 МГц;
Внешнее СППЗУ ёмкостью 128 килобайт;
ЭСППЗУ: 256 байт Основные функции блока управления:
Последовательное впрыскивание с функцией адаптации состава смеси по коэффициенту избытка воздуха (лямбда-регулированием);
"Табличное" (т.е. основанное на содержащихся в памяти блока управления характеристиках) управление зажиганием с индивидуальным регулированием по детонации для каждого цилиндра;
Адаптивное управление наполнением цилиндров при работе двигателя на холостом ходу;
Система вентиляции топливного бака;
Функция самодиагностики и аварийные меры при обнаружении неисправности датчиков;
Иммобилайзер. При разработке блока управления была предусмотрена защита практически всех входов и выходов от короткого замыкания.
В рамках функции самодиагностики предусмотрена проверка сигналов всех датчиков на достоверность. Предусмотрена функция контроля выходных каскадов исполнительных или регулирующих элементов (таких как реле, клапана и т.д.), что позволяет в случае сбоя, например, в случае обрыва проводки или короткого замыкания, сохранять соответствующие сообщения об ошибках/неисправностях в диагностической памяти блока управления.
Все известные системе ошибки распознаются, регистрируются и сохраняются в ЭСППЗУ блока управления в виде индивидуального кода, позволяющего точно идентифицировать возникшую неисправность. Коды неисправностей могут считываться при помощи имеющегося в автотехцентрах соответствующего диагностического оборудования. Считывание кодов существенно облегчает поиск и устранение неисправностей.
В рамках функции самодиагностики реализована возможность индикации рабочих параметров двигателя. При подключении к блоку управления соответствующего диагностического оборудования на дисплей последнего могут в различных комбинациях выводиться текущие значения всех рабочих параметров двигателя, которые могут потребоваться в целях проверки и техобслуживания двигателя и системы управления двигателем в условиях автотехцентра. Так, например, предусмотрена возможность индикации таких рабочих параметров, как частота вращения вала двигателя, температура двигателя, коэффициент избытка воздуха (лямбда), а также значения адаптации, применяемые при управлении холостым ходом и углом опережения зажигания.
Сравнивая текущие значения отображаемых параметров с указанными в технической сервисной документации заданными значениями, можно выявлять неисправности, не распознаваемые системой самодиагностики непосредственно. Таким образом, предусмотренные функции проверки и диагностики позволяют, несмотря на сравнительную сложность системы управления двигателем, сравнительно простым путём осуществлять целенаправленный поиск и локализацию неисправностей, а также последующий ремонт.
Новизна данной системы управления двигателем заключается в наличии в ней интегрированного электронного иммобилайзера. Для включения необходимых для работы двигателя функций, таких как управление топливным насосом, впрыскиванием топлива и зажиганием, от электронного блока распознавания ключей должен поступить соответствующий разрешающий сигнал. Этот закодированный при помощи "плавающего" кода сигнал может быть подан лишь в случае подтверждения взаимного соответствия ключа, блока распознавания ключей и блока управления двигателем. В противном случае запуск и работа двигателя невозможны.
Функция регистрации нагрузки двигателя Установленный в байпасном канале термоанемометрический расходомер воздуха с нагреваемой нитью позволяет, с поправкой на температуру и плотность, точно определить количество впускаемого воздуха. Во впускном тракте многоклапанных четырёхцилиндровых двигателей, при их работе на низких оборотах, могут наблюдаться особенно сильные пульсации давления, способные привести к ошибкам в измерении количества впускаемого воздуха, превышающим 100%. Установка расходомера в байпасном канале позволяет уменьшить такие ошибки, поскольку установленным таким образом расходомером не регистрируются пульсации, идущие от камеры сгорания.
Частота вращения вала двигателя измеряется индуктивным датчиком, "следящим" за вращением зубчатого колеса, установленного на коленчатом валу. Необходимую для работы последовательных функций управления двигателем информацию о ВМТ блок управления двигателем получает путём обработки сигнала, поступающего в него при регистрации этим датчиком имеющей двойную ширину впадины между зубьями этого 60-зубого колеса (так называемый "принцип одного датчика"). В качестве датчика фазы, или датчика углового положения распределительного вала, используется датчик Холла, установленный с торца двигателя и регистрирующий положение впускного распределительного вала.
Исполнительный механизм привода дроссельной заслонки и регулятор частоты вращения вала двигателя при холостом ходе С учётом требований ТЗ по снижению расхода топлива в том числе и при работе двигателя на холостом ходу, а также с учётом того, что при предполагаемом расходе топлива на холостом ходу расход воздуха мог бы составлять менее 10 кг/ч, было принято решение отказаться от обычного байпасного регулятора частоты вращения вала двигателя при холостом ходе как от неспособного обеспечить требуемую точность регулирования. Вместо этого регулирование холостого хода осуществляется непосредственно дроссельной заслонкой. Для этого дроссельная заслонка отклоняется на требуемый угол электрическим исполнительным приводным механизмом фирмы "VDO". При этом точность позиционирования дроссельной заслонки не зависит от колебаний напряжения и силы тока. Указанный электрический исполнительный механизм не отменяет обычной, механической и осуществляемой посредством троса Боудена от педали акселератора, системы управления положением дроссельной заслонки, а работает попеременно с последней. Так, электрический исполнительный механизм включается и начинает регулировать холостой ход, соответственно принудительный холостой ход, лишь после срабатывания / замыкания концевого нормально разомкнутого контакта сигнала холостого хода, соответственно после того, как блоком управления двигателем было установлено, что водитель перевёл двигатель в режим обычного или принудительного холостого хода. Исполнительный механизм осуществляет регулирование холостого хода путём соответствующего увеличения, в пределах диапазона регулирования, угла открытия дроссельной заслонки относительно того угла, на который она, возможно, (при)открыта механической системой, соответственно водителем. Вне пределов диапазона регулирования дроссельная заслонка может перемещаться лишь в зависимости от задаваемого водителем посредством троса Боудена управляющего воздействия. Верхний предел диапазона регулирования исполнительного приводного механизма дроссельной заслонки соответствует расходу воздуха порядка 50 кг/ч (как при пуске холодного двигателя).
При отсутствии электропитания исполнительный механизм отключается, причём "аварийное" положение дроссельной заслонки при холостом ходе и выключенном исполнительном механизме приблизительно соответствует расходу воздуха в 11 кг/ч. Отключение исполнительного механизма не препятствует перемещению дроссельной заслонки в зависимости от задаваемого водителем посредством троса Боудена управляющего воздействия. Обратная связь в системе управления исполнительным механизмом реализована с использованием двух потенциометров, выходные сигналы которых обрабатываются блоком управления двигателем.
Для сведения к минимуму рывков, сопровождающих переход автомобиля в режим принудительного холостого хода или торможения двигателем, а также для увеличения равномерности работы двигателя на холостом ходу, воздуховод на участке угловых положений дроссельной заслонки, соответствующих диапазону регулирования исполнительного механизма, выполнен сферически вогнутым. Указанная мера позволяет обеспечить в диапазоне регулирования линейность изменения массового расхода воздуха в зависимости от углового положения дроссельной заслонки. Принципиальная схема механизма регулирования положения дроссельной заслонки показана на Рис. 13:
Рис. 13: Схематичное изображение исполнительного механизма привода дроссельной заслонки и регулятора частоты вращения вала двигателя при холостом ходе
Клапанные форсунки для впрыскивания топлива Поскольку в каждом цилиндре присутствуют три впускных клапана, расположенных на разных уровнях, особое значение приобретает задача правильного выбора характеристик струи впрыскиваемого топлива. Для сведения к минимуму содержания в ОГ углеводородов, а также для оптимизации динамических свойств двигателя необходимо было свести к минимуму попадание топлива на стенки цилиндра, а также учесть при распределении топлива пропускную способность каждого из клапанов.
Как было установлено опытным путём, для достижения указанных выше целей наиболее пригодна коническая струя с овальной формой поперечного сечения – например, такая струя, которая может быть получена при слиянии двух конических струй, направленных под определённым углом относительно друг друга. Исходя из вышеизложенного, впрыскивание топлива в камеру сгорания нового двигателя осуществляется через двухструйные (т.е. имеющие по два выходных отверстия) клапанные форсунки под давлением 4 бар, причём для обеспечения точной ориентации струи топлива внутри камеры сгорания предусмотрена не допускающая проворачивания фиксация этих форсунок.
Диаграммы, позволяющие сравнить между собой характеристики распределения топлива по объёму камер сгорания обычного двигателя с четырьмя и нового двигателя с пятью клапанами на цилиндр, приведены на Рис. 14.
Рис. 14: Распределение топлива по объёму камер сгорания обычного и нового двигателей
Система зажигания и регулирования по детонации Система зажигания построена по принципу так называемого непрерывного распределения высокого напряжения. В системе зажигания присутствуют две катушки зажигания с двумя высоковольтными выводами на катушку, которые образуют единый блок с соответствующими выходными каскадами, причём каждая из этих двух катушек питает две свечи зажигания. При этом одна катушка питает свечи зажигания первого и четвёртого, а вторая – второго и третьего цилиндров. Искра создаётся на свече зажигания каждого цилиндра как на ходе сжатия, так и на ходе выпуска. Для обеспечения надёжного распознавания детонационных стуков на блоке цилиндров со стороны выпускного трубопровода установлено два датчика детонационного сгорания. Они отвечают соответственно за первый и второй или за третий и четвёртый цилиндры. При работе двигателя без детонационных стуков система путём адаптации устанавливает, какие уровни шума можно считать нормальными для процессов сгорания, происходящих в каждом цилиндре. Таким образом, система автоматически адаптируется к особенностям шумности каждого цилиндра. Далее, на основе выходных сигналов датчиков детонационного сгорания, характеризующих корпусные шумы, сопровождающие процессы сгорания топлива в цилиндрах, система регулирования по детонации распознаёт детонационные стуки и определяет индивидуальный для каждого цилиндра порог чувствительности. В случае регистрации детонационного стука момент следующего зажигания для соответствующего цилиндра смещается / задерживается на 3° поворота коленчатого вала, и, таким образом, происходит изменение момента зажигания в сторону позднего. В ходе последующей работы двигателя система зажигания пытается постепенно уменьшить такое смещение момента зажигания в сторону позднего, поэтапно приближая адаптированный момент зажигания к "нормальному" табличному.
Кроме того, система вычисляет, сохраняет в виде многопараметровой характеристики и использует при последующем регулировании средние значения адаптации момента зажигания. В зависимости от указанных средних значений величина задержки момента зажигания, применяемая в случае регистрации детонационных стуков, может быть уменьшена до 1,5° угла поворота коленчатого вала на один зарегистрированный стук. Работающая описанным выше образом система адаптации позволяет быстро и эффективно адаптировать момент зажигания к детонационной стойкости используемого топлива, и позволяет эксплуатировать двигатель в том числе и на обычном неэтилированном бензине класса "Normal" (с октановым числом не менее 92 по исследовательскому методу).
Максимально возможная величина изменения момента зажигания в сторону позднего относительно "табличных" значений составляет с учётом величины адаптации 15° поворота коленчатого вала.
Система вентиляции топливного бака Образующиеся в топливной системе и топливном баке транспортного средства бензиновые пары из резервуара с установленным в нём фильтром из активированного угля (объём угля 1,2 л) по перепускному трубопроводу поступают в двигатель для сжигания. При этом пары могут направляться для сжигания как непосредственно после их образования, так и после их промежуточного хранения в резервуаре с угольным фильтром. Во избежание "перелива" (то есть нерасчётного слишком полного заполнения топливного бака) на время заправки топливом вентиляционный трубопровод перекрывается. Разблокирование вентиляционного трубопровода происходит при навинчивании крышки наливной горловины топливного бака.
Подача паров топлива во впускной трубопровод происходит в непосредственной близости от дроссельной заслонки, что позволяет обеспечить равномерность распределения этих паров в массе впускаемого воздуха. Количество подаваемых во впускной трубопровод паров топлива регулируется тактовым клапаном резервуара с угольным фильтром, причём частота срабатывания этого клапана является переменной и зависит от нагрузки двигателя.
Система управления двигателем стремится подавать в двигатель максимально возможное количество паров топлива, соответственно содержащего такие пары продувочного воздуха при работе двигателя во всех режимах, включая холостой ход. Продувка, соответственно подача паров топлива, не осуществляется лишь при работе двигателя в режиме принудительного холостого хода.
Управление работой клапана резервуара с угольным фильтром осуществляется таким образом, что этот клапан практически полностью открыт, пока расход воздуха не достигает приблизительно 3,6 кг/ч (точное значение расхода зависит от давления во впускном трубопроводе). При работе двигателя на холостом ходу это добавочное количество впускаемого воздуха компенсируется исполнительным механизмом дроссельной заслонки. На основании показаний кислородного датчика (то есть регистрируемых этим датчиком отклонений коэффициента избытка воздуха от 1) и сохранённых средних значений этого коэффициента блок управления делает выводы о наличии отклонений в составе смеси, после чего сравнивает расчётное количество поданного продувочного воздуха с общим фактическим количеством впускаемого воздуха и на этом основании определяет количество паров топлива в продувочном воздухе. Затем, с учётом количества подаваемых в двигатель паров топлива, осуществляется соответствующее адаптационное регулирование длительности впрыскивания. В случае, если величина адаптационной поправки, вносимой в значение длительности впрыскивания, превышает некое максимальное значение, подаётся сигнал на закрытие клапана резервуара с угольным фильтром. Таким образом система регулирования по коэффициенту избытка воздуха большинство времени работает приблизительно посередине своего диапазона регулирования, благодаря чему может быстро реагировать на иные воздействия.
Система снижения токсичности ОГ Целью разработки системы снижения токсичности ОГ являлось обеспечение соответствия нового двигателя требованиям директивы "MVEG II" Европейской комиссии по автомобильным выбросам, которые с 1996 года становятся обязательными. Для того, чтобы индивидуальные особенности конкретных двигателей и "возрастные" изменения характеристик двигателей в процессе эксплуатации не приводили к нарушению указанных требований, перед разработчиками была поставлена задача создать двигатель, экологические характеристики которого были бы по меньшей мере на 60% лучше предписанных указанной выше директивой.
Прежде всего разработчики существенно уменьшили "базовый" уровень токсичности выхлопа по сравнению с двигателями предыдущих серий. Такое уменьшение в основном явилось результатом оптимизации фаз газораспределения, формы камеры сгорания, положения клапанных форсунок, формы струи впрыскиваемого топлива (применения овальной струи), а также усовершенствования системы управления работой двигателя.
Местоположение кислородного датчика (лямбда-зонда) Устойчивый к использованию этилированного топлива кислородный датчик с подогревом мощностью 18 Вт расположен между выпускными трубопроводами 1-го/4-го и 2-го/3-го цилиндров, в сравнительно "прохладном" и защищённом от образования конденсата месте. ОГ поступают на датчик через два отверстия диаметром 8 мм. Ориентация и местоположение этих отверстий гарантируют, что на датчик будут в равной степени попадать ОГ из обоих рукавов выпускного трубопровода. Описанная конфигурация обеспечивает чрезвычайно оперативную реакцию датчика на изменение состава ОГ, и позволяет включать функцию регулирования по коэффициенту избытка воздуха уже через сравнительно небольшое время после запуска двигателя.
Отсутствие на применяемом датчике электрических потенциалов делает его менее зависимым от возможных неполадок в электрической сети транспортного средства и переходных сопротивлений.
Каталитический нейтрализатор ОГ с покрытием из трёх благородных металлов Чтобы снизить токсичность ОГ до требуемых значений без использования дополнительных / новых конструктивных элементов, вместо разработки принципиально нового каталитического нейтрализатора было решено применить усовершенствованный вариант уже имеющегося. Каталитический (рабочий) элемент используемого нейтрализатора представляет собой монолитную керамическую деталь с четырьмя сотнями ячеек, диаметром 4,66 дюйма (11,84 см), длиной 6 дюймов (15,24 см) и объёмом 1,68 л, установленную в полумонококовой конструкции с использованием изолирующих прокладок. Каталитическое покрытие представляет собой смесь из трёх благородных металлов, а именно платины, палладия и родия, в соотношении 1:14:1. Удельный вес покрытия составляет 105 грамм на куб.фут. Как показано на Рис. 15, точка начала экзотермического подъёма температуры в таком каталитическом элементе более чем на 40 °С ниже, чем в элементе с обычным каталитическим покрытием из двух благородных металлов. Кроме того, новое покрытие более долговечно и способно эффективно "работать" в более широком диапазоне значений коэффициента избытка воздуха. Таким образом, новое покрытие, по цене практически не отличающееся от старого, даёт существенный выигрыш в долговечности.
Прогрев каталитического нейтрализатора ОГ Дополнительная возможность снижения токсичности ОГ заключается в уменьшении времени, требуемого каталитическому нейтрализатору для прогрева до рабочей температуры после пуска холодного двигателя.
Избыток энергии выхлопных газов, необходимый для быстрого прогрева каталитического нейтрализатора ОГ, обеспечивается функцией прогрева нейтрализатора, временно смещающей момент зажигания в сторону более позднего на 15 или менее градусов поворота коленчатого вала и несколько увеличивающей частоту вращения вала двигателя. Как было подтверждено путём измерения температуры каталитического нейтрализатора на глубине 10 мм внутри его монолитного рабочего элемента, данная функция позволяет сократить время, требуемое каталитическому нейтрализатору ОГ для прогрева до температуры порядка 300 °С, приблизительно в 2 раза.
При нормальной работе двигателя функция прогрева каталитического нейтрализатора ОГ отключается, причём отключение осуществляется по достижению определённого суммарного количества воздуха, впущенного в двигатель с момента пуска. Выбор именно такого принципа отключения данной функции объясняется тем, что в соответствии с расчётами сжигания такого количества воздуха должно гарантировано хватить для вывода каталитического нейтрализатора к точке начала экзотермического подъёма температуры. По указанной причине отключение функции прогрева осуществляется независимо от режима движения транспортного средства. Функция адаптации состава смеси по коэффициенту избытка воздуха включается через небольшое время после пуска двигателя, причём включение и работа этой функции зависят от температуры двигателя, определяемой по температуре ОЖ.
Рис. 15: Сравнительная характеристика прогрева каталитических нейтрализаторов ОГ "HEX209" и "E85".
Технические характеристики двигателя "Ауди" рабочим объёмом 1,8 л
Тип:Рядный четырёхцилиндровый ДВС Клапанов на цилиндр
5 Рабочий объёмсм31781 Диаметр цилиндрамм81 Длина хода поршнямм86,4 Отношение длины хода поршня к диаметру цилиндра
1,07 Длина шатуновмм144 Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна
0,30 Высота блока цилиндровмм220 Межцилиндровое расстояниемм88 Диаметр коренных подшипников коленчатого валамм54 Диаметр шатунных подшипниковмм47,8 Диаметр клапанов (впуск/выпуск)мм27/30 Высота подъёма клапанов (впуск/выпуск)мм8,78/10,25 Ширина кулачков распределительных валов (впуск/выпуск)° поворота коленвала210 Проходное сечение впускного каналамм240,2 Масса двигателя по DIN 70 020 Aкг142 Масса в расчёте на 1 л.с.кг/кВт1,54 Система приготовления смеси
Bosch-Motronic 3,2 Коэффициент сжатия
10,3 ТопливоОктановое число по исследовательскому методу95/91 Максимальная частота вращения вала двигателяоб./мин6800 Средняя скорость поршням/сек16,7 Максимальное среднее давлениебар12,2 Максимальная мощность (с учётом ограничений, накладываемых прошивкой ЭБУ)кВт92 при 5800 об./мин Максимальный крутящий момент (с учётом ограничений, накладываемых прошивкой ЭБУ)Нм173приоб./мин3950 Удельная мощностькВт/дм351,65 Удельный крутящий моментНм/дм397,13 Рис. 16: Мощностная характеристика и характеристика крутящего момента нового двигателя "Ауди" с пятью клапанами на цилиндр
Новый четырёхцилиндровый ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси и пятью клапанами на цилиндр отличается от предшественников существенно уменьшенными расходом топлива, токсичностью ОГ и шумностью.
При этом характеристика крутящего момента нового двигателя такова, что оснащённый им автомобиль способен проявить динамику, достаточную для комфортной езды.
Новый четырёхцилиндровый ДВС со свободным впуском и пятью клапанами на цилиндр способен стать основой для разработки нового поколения двигателей фирмы "Ауди".

Добавлено через 7 минут
если чего непонятно спрашивай.

[BVQ]

Благодарю! Отличная информация, все еще не перечитывал, но есть много интересного помимо цифровых показателей. Огромное спасибо за быстрый отклик!

[BVQ]

Всё прочитал, но все же не нашел информации по работе натяжителя.

[valoff 053]

Всё прочитал, но все же не нашел информации по работе натяжителя.

натяжителем ты называешь фазорегулятор?
если да то я могу вкратце объяснить его работу.

[BVQ]

Именно он, в первом сообщении назвал его "регулятор фаз". То как он работает с точки зрения механики я понимаю. Электромагнит "соленоид" , подавая напряжение он выезжает на разную длину в зависимости от вольтажа, толкает поршень внутри корпуса и выдвигает один из кулачков давлением масла, т.к. второй подпружиненный. Но вот при каких оборотах и т.д. не знаю, и собственно насколько он меняет фазы, сдвигая валы к центру или наоборот разводя. Если неправильно то поправь, а так в целом если не сложно опиши, буду очень рад.

[valoff 053]

Именно он, в первом сообщении назвал его "регулятор фаз". То как он работает с точки зрения механики я понимаю. Электромагнит "соленоид" , подавая напряжение он выезжает на разную длину в зависимости от вольтажа, толкает поршень внутри корпуса и выдвигает один из кулачков давлением масла, т.к. второй подпружиненный. Но вот при каких оборотах и т.д. не знаю, и собственно насколько он меняет фазы, сдвигая валы к центру или наоборот разводя. Если неправильно то поправь, а так в целом если не сложно опиши, буду очень рад.

гидравлически приводимый регулятор ,встроенный с помощью цепного натяжного устройства между впускным и выпускным распределительным валами,включается в зависимости от нагрузки и частоты вращения двигателя.Включение происходит на низких оборотах только на участках, близких к полной нагрузке; этим осуществляется управление ниже полной нагрузки в позднем состоянии.Преимущества расхода поддерживаются при этом посредством раздросселирования.В верхнем диапазоне нагрузки при низких оборотах осуществляется переход на повышающую наполнение раннюю фазу газораспределения, что в этом случае приносит около 10% крутящего момента по сравнению с сопоставимым турбодвигателем без регулирования распределительного вала.Вал окончательно переходит на поздний момент регулирования начиная с 4000 об/мин.Помимо положительного эффекта экономии топлива и повышения крутящего момента на низах создаются преимущества для характера холостого хода,за счёт поздней установки.
:hang2:

[BVQ]

Может глупые вопросы, но они есть.
- В средних режимах работы, когда нет необходимости сдвигать фазы, регулятор работает просто как натяжитель для цепи?
-Описанный мною принцип работы верен?
Не понял выражение " этим осуществляется управление ниже полной нагрузки в позднем состоянии" , в частности чем " этим" , "позднее состояние" , так же " поздний момент регулирования, и поздняя установка". Под этим подразумевается разворот валов в по ходу вращения? то есть переход в позднюю фазу?

[valoff 053]

Может глупые вопросы, но они есть.
- В средних режимах работы, когда нет необходимости сдвигать фазы, регулятор работает просто как натяжитель для цепи?
-Описанный мною принцип работы верен?
Не понял выражение " этим осуществляется управление ниже полной нагрузки в позднем состоянии" , в частности чем " этим" , "позднее состояние" , так же " поздний момент регулирования, и поздняя установка". Под этим подразумевается разворот валов в по ходу вращения? то есть переход в позднюю фазу?

1.в средних режимах работает как запрограмирован(натяжитель),а может и двигаться.
2.верен
3.Включение происходит на низких оборотах только на участках, близких к полной нагрузке; этим алгоритмом действий осуществляется управление ниже полной нагрузки в позднем состоянии(переход в позднюю фазу) просто тафтология:epti-work:не усложняй просто вдумывайся.