Кандидат технических наук Д. СОСНИН.
Исторически сложилось так, что отечественное автомобилестроение развивалось в попытках догнать западных коллег. По-настоящему оригинальные модели (к ним относится, скажем, “Победа”) можно пересчитать по пальцам. И все же интересные разработки, внедрение которых позволило бы нашим автомобилестроителям успешно конкурировать с зарубежными, появляются. Предлагаем вниманию читателей рассказ о необычном механизме, предложенном доцентом кафедры “Электротехника и электрооборудование” Московского автомобильно-дорожного института (Государственного технического университета) Д. А. Сосниным. Устройство позволяет отказаться от применения в двигателе привычного распределительного вала и в то же время гибко управлять фазами газораспределения и величиной хода клапанов.
ТАМ, ГДЕ ЭЛЕКТРОНИКА ПАСУЕТ
Любой автомобилестроитель стремится к тому, чтобы двигатели внутреннего сгорания (ДВС) на его машинах работали в оптимальном режиме: обеспечивали максимальную мощность, равномерность крутящего момента, минимальный расход топлива, наименьшую токсичность выхлопных газов. Однако пока этого никому не удалось добиться в полной мере, поскольку улучшение одних характеристик приводит к ухудшению других. В последнее время, правда, достигнут существенный прогресс благодаря применению автоматизированного управления работой двигателя с широким использованием электроники.
При составлении программы для системы управления двигатель на специальном испытательном стенде вводят в устойчивый режим работы и последовательно корректируют все параметры так, чтобы для данного режима они обеспечивали наилучшие выходные характеристики. То же проделывают при других режимах. Результаты записывают в постоянную память электронного блока в виде многомерной диаграммы, с помощью которой в дальнейшем формируются управляющие сигналы по каждому из параметров.
Например, в комплексной электронной системе “Motronic” (ФРГ), которая управляет впрыском топлива и зажиганием, пять таких диаграмм: для корректировки угла опережения зажигания, времени впрыска топлива, положения клапана рециркуляции (устройства, возвращающего часть выхлопных газов в цилиндр для лучшего дожигания топлива), времени накопления энергии в катушке зажигания и положения дроссельной заслонки. В качестве входных параметров в этой системе используются частота вращения коленчатого вала, крутящий момент и температура двигателя, а также напряжение аккумуляторной батареи. На выходе контролируют соответствие оборотов двигателя крутящему моменту и содержание окиси углерода в выхлопных газах.
К сожалению, в автомобиле есть система, которая не поддается регулированию даже самой изощренной автомобильной электроникой. Это газораспределительный механизм с жесткой кинематической связью между коленчатым и распределительным валами.
Специалисты считают, что классический двигатель достаточно совершенен и если иногда плохо работает, то лишь потому, что “задыхается от собственного выхлопа”; стоит дать двигателю побольше кислорода, позволить “дышать полной грудью”, и ему не будет альтернативы.
Помочь двигателю можно, если бы удалось сдвигать моменты открытия и закрытия клапанов, в первую очередь впускных. Вспоминается, как еще в начале 70-х годов прошлого века автогонщики прибалтийских
республик выигрывали состязания, добиваясь частоты вращения коленчатого вала до 3000 об/мин на холостом ходу и до 8000 об/мин на полном газу. Впоследствии выяснилось, что они раздобыли шаблон распределительного вала, наплавляли кулачки и затем вручную доводили их форму. С такими распредвалами двигатели выдавали высокие характеристики (мощность и крутящий момент), но только на больших оборотах. Для спортивных машин это хорошо, но для “частных” — неприемлемо. Тем не менее такой факт говорит о заметной роли запаздывания или опережения фазы клапанов.
Как же заставить клапан открываться и закрываться в тот момент, который соответствует оптимальной работе двигателя? Ясно, что нужно управлять фазами газораспределения в зависимости от частоты вращения, положения и нагрузки коленчатого вала. Традиционный кулачковый распредвал не позволяет решить эту задачу.
В небольших пределах соотношение фаз газораспределения можно регулировать с помощью механических, электромеханических, гидравлических, пневматических приводов клапанов. Но наиболее перспективным считается электромагнитный привод, управляемый электроникой. С его помощью можно не только оптимизировать работу двигателя, но и расширить его функциональные возможности. Так, четырехцилиндровый двигатель при изменении порядка срабатывания клапанов можно заставить действовать как двух- или трехцилиндровый; он более равномерно работает при переменных нагрузках, потребляет меньше топлива на максимальных оборотах при заданной мощности. Не будет у такого двигателя проблем с изменением направления вращения коленчатого вала.
На первый взгляд все выглядит очень просто, но почему-то на автомобилях электромагнитные клапана пока встречаются только в экспериментальных разработках.
Попытку реализовать идею электромагнитного клапана с гибким управлением предпринял в середине XX века профессор МАДИ В. М. Архангельский. Включение и выключение электромагнитов происходило при замыкании и размыкании контактов, связанных с кулачками распределительного вала. На место клапан возвращался пружиной.
В схеме Архангельского был предусмотрен центробежный регулятор на распределительном валу. При изменении частоты вращения он смещал положение кулачков и вызывал опережение открывания и закрывания клапанов. Таким образом, регулятор играл роль обратной связи. Это позволяло обходиться без программного управления, которого, кстати, тогда и не могло быть.
К сожалению, несмотря на изящество схемы, работоспособную конструкцию создать не удалось. Дело в том, что клапан должен быстро срабатывать и надежно закрываться, а поэтому требуется возвратная пружина с большой жесткостью. Соответственно нужен мощный электромагнит, который потребляет значительный ток из бортовой сети автомобиля. В те времена не было мощных полупроводниковых вентилей и металлические контакты при коммутации больших токов быстро выгорали. Наконец, при закрытии клапана возвратной пружиной происходил сильный удар головки клапана о гнездо, что вызывало шум при работе газораспределительного механизма и вело к частым поломкам клапанов.
ОДИН ХОРОШО, А ДВА ЛУЧШЕ
Избавиться от многих недостатков, присущих клапану Архангельского, можно, если вместо одного электромагнита поставить два — открывающий и закрывающий. Подобная схема была разработана одним из студентов Тольяттинского государственного университета в дипломном проекте под руководством доктора технических наук профессора В. В. Ивашина.
В данном варианте конструкции пружины не нужны, и поэтому электромагниты могут быть меньших размеров и мощности — ведь большой ток потребляется лишь при закрывании и открывании клапанов, а для их удержания достаточна сила тока в десять раз меньше.
Но главное, теперь можно обойтись совсем без распределительного вала, поскольку задавать время срабатывания и силу тока через обмотку электромагнита может программируемый контроллер — электронное устройство, обычно на микропроцессоре, управляющее работой двигателя и других систем автомобиля.
В НАМИ под руководством кандидата технических наук А. Н. Терехина начали проводить исследовательские и конструкторские разработки газораспределительного механизма с электромагнитным приводом клапанов на базе двигателя М-412. В результате был создан действующий макет газораспределительного механизма с двухсторонними электромагнитами на восьми клапанах. Но с начала 1990-х годов финансирование прекратилось, и перспективная разработка затерялась в архивах.
Несколько лет назад работы над новым газораспределительным механизмом были возобновлены на Волжском автозаводе под руководством главного конструктора АвтоВАЗа П. М. Прусова. Так, среди тем Всероссийского конкурса “Русский автомобиль” (см. “Наука и жизнь” № 12, 2002 г.) была объявлена “Разработка системы электромагнитного привода газораспределительных клапанов для 16-клапанного двигателя ВАЗ”. На конкурс были представлены два проекта, но оба совсем “не по делу”, и их даже не стали рассматривать.
Тем временем над усовершенствованием электромагнитного привода клапанов начали работать японские, американские и (с наибольшим успехом) немецкие автомобилестроители. Уже в 2002 году компания БМВ приступила к испытаниям на реальном 16-клапанном двигателе газораспределительного механизма с электромагнитным приводом всех клапанов.
Тогда же к разработке электромагнитных газораспределительных клапанов приступили на кафедре “Электротехника и электрооборудование” МАДИ (ГТУ).
Хотя на Западе нас не признавали конкурентами: мол, “отстали на 10 миль” (на жаргоне автогонщиков так говорят об отставших на два круга, что означает — слабаки), однако автором запатентована конструкция, которая решает большинство проблем, присущих электромагнитным приводам.
В ней вместо громоздких электромагнитов, установленных над клапанами, применены длинные соленоиды. Торможение сердечника в длинном соленоиде реализуется не жесткими упорами, а краевыми магнитными полями, и работа привода становится бесшумной. Кроме того, ход клапана может быть сколь угодно большим и регулируемым. Возвратно-поступательное движение от электромагнита к клапану передается через штангу и качающееся коромысло. Благодаря этому привод можно устанавливать не над блоком цилиндров, а на его боковой поверхности. В результате значительно уменьшается высота двигателя, а для охлаждения и смазки деталей привода используются штатные системы автомобиля.
Теперь дело за моторостроителями. Если удастся воплотить идею в металле, в России появится приемистый и экономичный автомобиль, который к тому же будет удовлетворять самым жестким требованиям по чистоте выхлопа.
Электромагнитный клапан карбюратора, также именуемый регулятором холостого хода, это составная деталь карбюратора, призванная экономить расход топлива в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. Неисправность электромагнитного клапана и его неправильная работа может приводить к повышенному расходу топлива и к тому, что мотор автомобиля глохнет на холостых оборотах.
Принцип работы электромагнитного клапана карбюратора
Электромагнитный клапан карбюратора призвать регулировать подачу топливной смеси в обход дроссельной заслонки, которая управляется педалью акселератора. На холостом ходу топливо поступает во входной коллектор ДВС через отдельный канал. Именно поэтому электромагнитный клапан также называется регулятором холостого хода автомобиля. Главное назначение клапана — это прекращение подачи топлива в инерционных режимах, что, например, позволяет осуществлять торможение двигателем и движение накатом.
В бензиновых карбюраторных двигателях клапан устанавливается непосредственно в карбюратор и является частью системы экономайзера принудительного холостого хода авто. Управление клапаном осуществляет электронный блок управления системы, при поступлении импульса игла клапана втягивается и закрывает подачу топлива в обход клапана. После того, как мотор заведен, от блока управления подается электропитание и клапан начинает свою работу, которая заключается в двух тактах:
- на первом такте клапан открывается, в результате чего воздух попадает в камеру и смешивается с топливом;
- на втором этапе перекрывается воздушный канал и открывается топливный, в результате чего топливно-воздушная смесь попадает в двигатель.
Движение запорной иглы клапана осуществляется поступающими электрическими импульсами от блока управления. Как только нажимается педаль газа, клапан переходит в открытое положение, а игла выдвигается. На холостом ходу клапан переходит в закрытое положение при оборотах двигателя более 2100 Об/мин. Переход в открытое положение происходит тогда, когда обороты двигателя падают ниже 1900 Об/мин. Закрытие и открытие клапана позволяет регулировать поступление топливно-воздушной смеси в мотор и, соответственно, экономить расход бензина в количестве до 5 %. Также принцип работы клапана позволяет снизить износ поршневой группы. Непосредственным последствием работы электромагнитного клапана является и снижение выбросов вредных веществ (CO) в атмосферу, что повышает экологичность автомобиля.
Признаки неисправности электромагнитного клапана карбюратора
Определить неисправность электромагнитного клапана карбюратора можно по нескольким характерным признакам:
- мотор регулярно глохнет на холостых оборотах;
- двигатель глохнет при движении накатом;
- происходит детонация топлива после отключения зажигания.
Определить нестабильность работы электромагнитного клапана также можно по падению оборотов двигателя при включении дополнительной нагрузки (автомагнитолы, фар и т. д.). Таким образом, главным признаком неисправности клапана является нестабильная работа двигателя в холостом режиме.
Проверка клапана
Проверка электромагнитного клапана на правильность его работы можно осуществлять в трех различных режимах:
- при работе двигателя на холостом ходу;
- при торможении двигателем;
- после выключения зажигания.
Общую исправность клапана можно проверить после включения зажигания. Для этого нужно повысить обороты двигателя на холостом ходу до уровня 2100 Об/мин. После пересечения этой отметки должен раздаться характерный щелчок, который означает, что клапан закрылся. После этого можно понижать обороты, как только их количество достигнет 1900 Об/мин, должен вновь раздаться щелчок, означающий, что клапан открылся.
При торможении двигателем, когда остается включенной передача, клапан не должен открываться, даже если обороты двигателя упали ниже 1900 Об/мин. Если в этот момент раздается щелчок, то клапан работает неправильно.
Если после того, как выключено зажигание двигателя, происходят детонации и вибрации, то это означает, что клапан не перекрывает жиклер холостого хода и топливная смесь поступает в двигатель, что также свидетельствует о неисправности электромагнитного клапана.
Также можно элементарно проверить клапан, отсоединив провод питания при заведенном двигателе. Сразу после отсоединения мотор должен заглохнуть.
Можно проверить клапан и полностью отсоединив устройство от карбюратора. После демонтажа клапана его можно подсоединить к аккумуляторной батарее, после этого должен раздаться щелчок, а игла клапана втянуться втянуться в устройство. После отключения питания снова должен раздаться щелчок, а игла выдвинуться.
Проблема с электромагнитным клапаном может заключаться не только в его неисправности, но и в электронном блоке управления и в проводах. Проверить работоспособность провода можно с помощью мультиметра (12 В ± 10%).
Проверка работоспособности блока управления потребует подключения клапана к АКБ с помощью дополнительного провода. Также необходима контрольная лампочка штатного напряжения. Для начала нужно отсоединить питающий провод от клапана и подсоединить его к положительной клемме АКБ. Дополнительный провод также подключается к плюсу аккумулятора. После этого нужно завести мотор, на отсечке в 900 Об/мин контрольная лампа должна загореться, после достижения 2100 Об/мин — потухнуть. При снижении до 1900 Об/мин — вновь загореться. Если такие показатели соблюдены, но двигатель глохнет на холостых оборотах, то, вероятно, неисправность заключается в блоке управления клапаном.
Установка электромагнитного клапана карбюратора
При замене электромагнитного клапана необходимо правильно его настроить, чтобы поступающая топливно-воздушная смесь соответствовала необходимым показателям. Установка производится при заведенном двигателе, так как именно это позволит точно настроить клапан. В карбюраторе клапан находится под крышкой воздушного фильтра, поэтому для демонтажа неисправного электромагнитного клапана сначала нужно снять крышку воздухофильтра.
Для начала нужно рукой завернуть клапан в посадочное гнездо карбюратора и надеть штатный провод, который соединяет клапан с блоком управления. После этого необходимо завести двигатель автомобиля, который будет троить и, возможно, пытаться заглохнуть. Если двигатель все же поддерживает обороты, то дальнейшее закручивание клапана в карбюратор производится с помощью гаечного ключа (на 13 или на 14 в зависимости от типа клапана). Дальнейшая установка производится следующим способом:
- ключ поворачивается на 1–2 см по часовой стрелке, после чего снимается провод;
- если двигатель автомобиля не глохнет, то провод вновь надевается и процедура повторяется;
- как только после снятия провода двигатель глохнет, то клапан установлен в карбюратор правильно.
Установку электромагнитного клапана необходимо проводить осторожно, чтобы не повредить топливный жиклер и посадочное гнездо в карбюраторе. В процессе установки автоматически регулируется размер топливной смеси, поступающей в двигатель, после чего троения и детонации прекращаются. Для точной регулировки можно подтянуть винты «качества» и «количества» на клапане.
Если после нескольких затягиваний клапана и отсоединения провода двигатель по-прежнему не глохнет, то это означает, что топливо поступает в двигатель в обход электромагнитного клапана и необходимо искать неисправность в системе подачи топлива.
Многие владельцы автомобилей с карбюраторными двигателями после выхода электромагнитного клапана из строя просто блокируют его работу или демонтируют его, что решает проблему с двигателем, который перестает глохнуть на холостом ходу. Однако такие действия лишь на первый взгляд является верным решением. Блокировка электромагнитного клапана значительно повышает расход топлива (до 5 %), что при дальнейшей эксплуатации автомобиля обойдется намного дороже.
Три друга автомеханика улучшили 16 головку блока приоры, заменив пружины на магниты, тем самым уменьшив расход топлива до 3х литров на 100 км! Машина стала мощнее! Чистый выхлоп! Машина прошла более 1000 км пробега!
Комментарии 121
я тоже такой моторчик или хотя бы ГБЦ хочу! сколько стоит?
На номере даже буквы СРУ)))
а если еще и на драва перевести, то вообще можно не глушить)))
Есть стремление, есть правильные руки, самое главное есть результат.Осуждение это удел слабых-респект мужикам.
Если кто нибуть знает как связаться с разработчиками ?
Ребят а как же там зазоры горячий и холодный двигатель.
Понятно что многие так говорят Когда то Ракетную установку разработывали Катюшу не одного разрабочика растреляли за то какой шум и страх немцам наносил )
Не поедет, зависнут на оборотах.
все дело в массах и усилиях… фактически, если отбросить ресурсную составляющую, снизить массу передвигаемых частей, то в принципе в программах автоматизированного расчета можно определить какую-то величину максимальных оборотов, после которых магнит оторвется от вала.
Честно говоря, похоже на фантастическую чушь, но в свое время паровоз, самолет и вертолет казались фантастической чушью)))))
Чушь какая то, они только за счет клапанов кпд двигателя увеличили в 2 раза?
Подача материала неважная, высказывания про 1000 л.с. убивают наповал вообще.
Но сама идея магнитного привода ведущими производителями испытывалась в контексте привода без распредвалов.
Фактически, это уже хорошо, что машина с таким приводом прошла 1400 км… только остается вопрос в том, каким образом она прошла?
— можно ехать 90 км в час по трассе в ненапряжных оборотах, скажем 2500… а можно дубасить по городу на второй передаче с такой же скоростью, потом оттормаживаться, поворот на 90 гр при 60 км, потом опять педаль в пол…
Какие обороты переживут магниты?
Еще вопрос — усилие примагничивания неодимового магнита может доходить до больших величин в 50-100 кг… окей, вы собрали такую гбц, все примагнитилось, НО
а) магнит трется об толкатель… т.е. с одной стороны он катится по валу, а с другой магнит держится в толкателе. И нагрузка там такая же. Иными словами, пара трения не исчезла, просто раньше была пара трения распредвал-тарелка гидротолкателя, а сейчас ролик (он же магнит)-направляющая ролика.
б) а разбирать то как? еще раз… сила примагничивания может составлять очень внушительные величины… скажем уже 25 кг хрена с два просто так разберутся. А если 16 таких магнитов?
в) из масла будет магнитится стружка и ролик с валом будет деградировать, т.е. ресурс меньше.
