ДВС и его виды Часть 4 (продолжение)⁠⁠

Ремарка.

Я не претендую на истину, говорю о том, что знаю, знать могу не верно, поэтому просьба, если видите ошибку, распишите человеческим языком, где она. Не нужно писать про школу, самоучек неграмотных. Я хочу научиться, научите, напишите в комментах, где я не прав. Все, что я пишу, я трогал руками, это мой опыт и заключения на основе него. У меня гуманитарное образование, и ни один человек никогда меня не учил тому, что я пишу, будьте снисходительнее.

Итак, продолжаем.

Закончили мы на системе изменения эффективной длины впускного тракта Dual Ram, которая появилась в 1989 году на моторах C30SE, С30XEI, C40SE, C26NE. Система соединила воедино сразу две конфигурации впускного тракта, длинную и короткую.

Во впускном коллекторе между двумя группами по три цилиндра установили воздушную заслонку с пневмоприводом, до 4000об\мин она закрыта, и коллектор имеет эффективную длину показанную красным цветом, на 4000 заслонка открывается и коллектор укорачивается до длины указанной зеленым цветом.

Как видим, резонансная частота увеличивется примерно вдвое. Интересно, а какой эффект? А вот такой

Весь подъем, выделенный красным, это выигрыш в крутящем моменте благодаря данной системе. Неплохо, для одной заслонки. Только зачем Немцы больше ста лет проектирующие моторы, гоняются за ненужным моментом, нипаняна.

Чуть позже данная система получила развитие, систему Multi RAM, на моторах V6, там уже было две заслонки, которые имитировали 4 длины впускного тракта.

На картинке черной линией нарисовал резонансную длину впускного тракта, которая добавляется к длине самих патрубков, ведущих от ресивера к головкам (около 15см).

В режиме холостого хода система находится с режиме сообщения двух камер ресивера. Система активируется в режиме полной мощности, на частичных нагрузках она "спит". При полностью открытом дросселе от холостых и до 3400 об\мин система переходит во второй режим, и максимально удлиняет коллектор, с 3400 до 4100 об\мин коллектор укорачивается вдвое, на оборотах более 4100 остаются только впускные патрубки, впуск максимально укорочен. Благодаря этой системе удалось поднять момент на низких оборотах без потери на верхних, сделать полку более ровной, без провалов. Сейчас такой коллектор стал популярным атрибутом на 4 цилиндровых моторах, у многих производителей, как недорогое дополнение к другим системам..

Это хонда

И даже автоваз соизволил прикрутить его к "новому" 1.8

есть еще всякие интересные системы, улучшающие смесеобразование на низких оборотах, когда скорость потока во впуске низкая, а вихревые потоки в цилиндре создавать надо, для более равномерного смешивания топливных паров и воздуха. Одна из таких систем - Twin Port, применяемая на моторах с 4 клапанами на цилиндр.

Суть проста, на низких оборотах заслонкой перекрывается один из каналов и у мотора из двух клапанов на впуске остается один, из-за чего в цилиндре создается завихрение, благодаря которому получаем более эффективное и полное сгорание.

Но помимо впуска у нас есть еще и выпуск, который так любят снабжать прямотоком без задней мысли. И резонансная характеристика выхлопа также важна ка и на впуске, хоть и дает меньший прирост в качестве наполнения цилиндров. С одноцилиндровыми моторами все просто, там одна труба, и главная ее задача - не создавать излишнего сопротивления и не возвращать волну к выпускному окну в режимах наиболее эффективной работы, на которые настроен впуск. Вообще впуск и выпуск настраиваются только сообща, так как есть такая весчь, как фазы газораспределения, в которых есть фаза перекрытия, это тот момент, при котором открыты оба клапана

Из диаграммы видим, что при прохождении поршнем верхней мертвой точки, на протяжении 46 градусов поворота коленвала, оба клапана приоткрыты и выпуск соединен с впуском, а в цилиндре сквозняк) В этот момент, нужно чтобы в приемной трубе присутствовало разряжение, а во впуске пришла резонансная волна, тогда выхлопная система в состоянии наиболее полно очистить цилиндр от остатков отработавших газов и помочь разогнать смесь во впуске.  Выпускные коллекторы, рассчитанные на низкий резонанс, имеют большую длину

Они лучше работают на низких оборотах, коллекторы для верхов короче

Сейчас производители можно сказать вообще не уделяют внимания на выхлоп в гражданском исполнении, ибо экологи прикрутили на всех катколлекторы, которые заставили забыть про настройку выхлопа.

Производители быстро наигрались изменением конфигурации впускного тракта, и надо было идти дальше. У тут началась эра изменяемых фаз газораспределения. Понапридумывали их также много, и все обозвали их своими именами. У BMW это VANOS, у хонды VTEC, у тойоты VVT-i и так далее. В основной массе эти системы представляют собой составные, гидравлически управляемые шкивы распределительных валов, которые позволяют проворачивать распредвал относительно шкива и изменять фазы газораспределения, для наиболее качественного наполнения цилиндров. В первых версиях данной системой оснащались только впускные распределительные валы, позже их стали ставить и на выпуск.

На фото тойотовская VVT, видно две части шкива, которые могут вращаться друг относительно друга при наполнении маслом одних или других полостей, также видно подпружиненный штифт, который блокирует движение механизма при отсутствии давления масла, например при запуске. Так для чего изменять фазы?

На низких оборотах клапан открыт продолжительное время и наполнение происходит хорошо, но для его улучшения нужно закрыть впускной клапан не через 64 градуса после нижней мертвой точки, как на диаграмме выше, а раньше, чтобы поршень не вытолкнул часть смеси обратно во впуск, а на высоких оборотах наоборот, нужно дольше держать клапан открытым, чтобы движущаяся с большой скоростью воздушная масса успела по инерции больше натрамбовать цилиндр. В купе с изменяемым впускным коллектором это дает большой эффект, а выпускным распредвалом регулируется фаза перекрытия, меньше на низких оборотах и больше на высоких.

Хонда пошла другим путем, со своей системой VTEC, у нее на распредвалах есть отдельный кулачек и отдельный рокер, эта система уникальна тем, что в двигателе одновременно присутствует по сути два комплекта разных распредвалов, низовые и верховые. Если системы изменения фаз газораспределения могут только смещать фазы, но не могу изменить их ширину и величину поднятия клапана, на системе VTEC можно одномоментно сменить всю конфигурацию механизма ГРМ, и это действительно уникальное изобретение

Как видим, при низкой частоте вращения коленчатого вала, задействованы кулачки с узкой фазой и небольшим подъемом клапана, третий кулачек и его рокер не связаны с системой. При достижении определенных оборотов, штифт соединяет все три рокера воедино, и управление на себя берет третий кулачек, с широкой фазой, по сути в двигателе меняется распредвал. Кто ездил на хондах с VTECом, чувствовали этот лютый подрыв, когда включается "втык". Благодаря ему, хондовцы создают моторы с хорошими низами и крутящиеся до бешеных оборотов. А систему свою запатентовали вдоль и поперек)

BMW тоже пошли своим путем, и помимо VANOS, создали систему управления высотой подъема клапанов, под названием Valvetronic, хитроумных ход позволил полностью избавиться от дроссельной заслонки, отныне наполнение регулируется только подъемом клапана

Хитроумная система с электроприводом, может пододвигать и отодвигать промежуточный рычаг к распредвалу, изменяя его диапазон перемещения, а вместе с ним и высоту поднятия клапана.

Ну, теперь можно перейти к системам управления двигателем.

Их рождение было довольно мучительным, полным поисков. Все началось с элементарной замены карбюратора на топливную форсунку, что обозвали моновпрыском. Только кто-то пошел по нормальному пути, создав электронную систему, а кто-то нагородил механических вундервафлей. Сейчас напугаю старых мерсофилов и ваговодов одним словом - KE-Jetronic! Сколько выпил крови этот унитаз у честных людей.

На фото распределенный джетроник.

Но не будем о механике, эта ветвь сразу оказалась тупиковой и никакого развития не получила. Зато неплохо пошел электронный моновпрыск, например Siemens Multec IEFI-6. В принципе полноценная система с датчиком положения коленчатого вала с полноценным реперным диском 60-2, датчиком абсолютного давления во впускном коллекторе, одной форсункой над дроссельной заслонкой и циркониевым датчиком кислорода. Система в одном блоке включала и систему управления зажиганием, В блоке не было силовых выходных каскадов, поэтому ЭБУ управлял катушкой зажигания через отдельный коммутатор.

Система включала в себя следующие датчики и устройства:

1. Датчик положения коленвала

2. Датчик абсолютного давления (MAP сенсор (Manifold Absolute Pressure))

3. Датчик кислорода

4. Датчик температуры охлаждающей жидкости

5. Датчик положения дроссельной заслонки

6. Шаговый мотор регулировки холостого хода

7. Датчик скорости машины.

Блок управления был единым, выполненным в одном корпусе и имел систему самодиагностики и шину связи К-Line

Система позволила полностью автоматизировать управление двигателем, точно регулировать опережение зажигания по нескольким картам, каждая для своего режима, а также точно регулировать состав рабочей смеси по отдельным топливным картам. Все функции карбюратора взял на себя корпус дроссельной заслонки с одной топливной форсункой, топливо к которой подавалось электрическим топливным насосом находящимся в баке, подающим топливо под давлением 0.75 атмосферы, давление регулировалось мембранным регулятором давления, и было постоянным, лишнее топливо по обратной магистрали сливалось в бак.

Карта опережения зажигания выглядит примерно так

Топливная карта выглядит так

Зная производительность топливной форсунки ЭБУ корректировал длительность ее открытия для точного дозирования количества впрыскиваемого топлива.

Датчик положения коленвала по реперному диску давал информацию в ЭБУ об угле поворота коленвала, это единственный жизненно необходимый датчик, при потере которого запуск и работа двигателя были невозможны. По датчику температуры охлаждающей жидкости ЭБУ корректировал состав смеси в сторону обогащения при запуске холодного двигателя, а также запускал и оканчивал прогревочный режим работы.

Датчик положения дроссельной заслонки отвечал за переключение эбу в режимы холостого хода, частичной и полной нагрузки, датчик абсолютного давления давал данные о расходе воздуха, шаговый мотор холостого хода регулировал подачу воздуха в режиме ХХ, на циркониевый датчик кислорода ЭБУ подавал опорное напряжение в 0.45В, при отсутствии кислорода в выхлопных газах датчик отклонял это напряжение в сторону 1В, что говорило о богатой смеси, при появлении кислорода датчик отклонял напряжение в сторону 0.1В, что говорило о бедной смеси, по данным датчика ЭБУ осуществлял коррекцию времени впрыска по фактическим данным, отклоняя ее туда-сюда, держа среднюю нормальную смесь. Система получилась удачной, простой и надежной, однако одна форсунка позволяла ставить ее только на малолитражные моторы и не давала точно контролировать состав смеси, плюс имела некоторую инерционность.

Вторым этапом были системы распределенного параллельного впрыска, яркий ее представитель - Bosh Motronic ML4.1. Эта система обзавелась индивидуальными форсунками на каждый цилиндр, выросло давление топлива до 2.7 атмосфер, которое при открытии дросселя автоматически поднималось до 3 атмосфер, что позволило готовить более качественную смесь, особенно после того как форсунки обзавелись двумя, а затем и четырьмя дюзами, что улучшало распыление топлива. Однако форсунки были запараллелеными и срабатывали одновременно. Датчик абсолютного давления уступил место датчику объемного расхода воздуха ДОРВ (VAF, Volume Airflow Sensor), в остальном система повторяла моновпрыск, за исключением того, что коммутатор переехал в блок управления двигателем.

ДОРВ

Датчик положения дроссельной заслонки был кастрированным, и по природе был выключателем на три положения - холостой ход, частичная нагрузка, полная нагрузка.

Третьим этапом были системы с попарно-параллельным впрыском, где форсунки группировались попарно или в две группы по три на 6 цилиндрах. Некоторые версии оснащались датчиками детонации, которые помогали вовремя распознать детонацию и сделать откат опережения угла зажигания. Датчик положения дросселя стал нормальным, резистивным. Датчик кислорода обзавелся подогревом и был перенесен в конец приемной трубы. Схемотехника блока стала новее и быстрее. Пример такой системы - Bosch Motronic 1.5

Далее все стало серьезнее, появился фазированный впрыск. То есть управление форсунками происходило индивидуально для каждого цилиндра, распределитель уступил место модулю зажигания с двумя или тремя катушками, ДОРВ уступил место более совершенному ДМРВ (MAF Mass Air Flow sensor) или датчик массового расхода воздуха с датчиком температуры впускного воздуха. Смесь то у нас считается в массовом соотношении, поэтому данные об объеме были не совсем актуальными, плюс ДМРВ не мешает воздушному потоку. Появился датчик фаз, по которому ЭБУ вычислял рабочий такт в первом цилиндре, это необходимо для фазированного впрыска. При выходе из строя ДПРВ, ЭБУ переходил на попарно-параллельный впрыск с соответствующей ошибкой. Эти системы сделали настоящий рывок и такой ее представитель, как Bosch Motronis 2.8, был лицензирован, обозван Январем 5.1-41, и еще долго колесил по нашим дорогам в чреве лад, а тюнингерам пришелся по душе за гибкость настроек. Такие системы позволили весьма точно управлять двигателем, и вплотную приблизились по возможностям к современным системам.

Систем впрыска на самом деле было великое множество, у каждого свои, но общие принципы были одни и те-же.

И снова подкрался лимит. Продолжение на следующей неделе. Надеюсь, вам все еще интересно. До встречи!