Пьезокерамический інжектор.

Сучасні системи уприскування відрізняють швидкодію і тиск. За них і йде постійна боротьба. Адже паливо потрібне без затримки доставити в потрібний циліндр і при цьому розпорошити його на найдрібніші частки, щоб

забезпечити повне згорання. З цією ж метою останнім часом застосовують і додаткове "пілотне" уприскування 1-2 мм3 палива, для чого вимагається в течія декількох мілісекунд видати команду форсунці. І не лише видати - на те і швидкодіючі мізки - але і виконати з максимальною точністю.

Нагадаємо, що системи "Коммон рейл" працюють при тиску близько 1500 атм. і управляють початком і тривалістю уприскування за допомогою супершвидкісних електромагнітних або комбінованих електрогідравлічних клапанів. Втім, "супер" тут означає затримки в межах 0,5 мс., тоді як для

гарантованого виконання нових норм токсичності і дымности потрібно б працювати швидше. Але електромагніт з рухливим сердечником вже вичерпав усе, навіть теоретичні, можливості. І тут на допомогу прийшов концерн "Сименс", що запатентував... пьезокерамический інжектор, який обіцяє справжній прорив в швидкодії. Він працює вчетверо швидше колишніх і був удостоєний в 1999 році премії за "Інноваційне застосування матеріалів" Союзу німецьких інженерів. У чому ж суть винаходу? Відомо, що при подачі електричного напругу на пьезокерамическую пластинку вона дещо змінює свою товщину. Графік процесу подвійного уприскування і характер того, що розпиляло палива. Декілька - це мікрони, і досі ефект використовувався в основному лише для випромінювання ультразвука. Винахідникам німецької фірми вдалося створити 280 -слойный пакет з пьезокерамики, що розширюється на 80 мкм усього за 0,1 мс - досить, щоб впливати на голку форсунки із зусиллям 6300 Н! При цьому для управління використовують напругу електромережі автомобіля.

Серійне виробництво новинки планується на заводі в Лимбах-Оберфроне (Саксонія) - "Сименс" інвестує в нього більше 60 млн. доларів. Звичний стартер розкручував колінчастий вал двигуна максимум до 150 про/хв. Новий механізм розвиває 800 оборотів всього за 0,2 з! Від такого ривка заведеться навіть самий "дохлий" мотор. При цьому немає ніяких звуків, що торохтять. Отже, з'являється можливість автоматичного виключення і пуску двигуна на будь-кому зупинці, наприклад у світлофора або в "пробках". Економія палива в міському циклі може скласти до 35%! Тепер уявіть, що у світлофора зібралася компанія машин, оснащених системою ІСАД. Мотори мовчать, значить, на вулиці тиша і не йде отруйний газ з вихлопних труб, але ледве запалюється "зелений" - немов по помаху чарівної палички, потік автомобілів приходить в рух. Причому досить жваво: адже "революційний" стартер може допомогти при розгоні, додавши близько 50 кВт(!) потужності, правда, усього на декілька секунд. Де узяти енергію? Про це потурбуються встановлені на автомобілі конденсаторні накопичувачі великої місткості. Далі: завдяки електроніці невмілий водій не заглушить ненавмисно двигун при рушанні з місця, не давши досить "газу". Йому допоможе сила електромагнітних полів.

Розміщення вузлів системи ІСАД: 1 - стартер-генератор; 2 - блок управління;3 - акумулятор;4 - конденсаторний накопичувач енергії; 5 - розетка 220 В; 6 - ланцюг 42 В кондиціонера.

Тепер звернемося до генераторної функції ИСАД. Тут також багато приємних сюрпризів. Якщо звичайна бортова мережа живиться від постійного струму напругою 12 В, то на автомобілі "Ситроен-Ксара-Динальто", обладнаному новою системою, цілі чотири роздільні мережі. Окрім стандартних 12 В, виробляються ще 42 В для живлення кондиціонера, 100 В для роботи системи уприскування і запуску, а також... 220 В змінного струму для підключення побутових електроприладів! Більше того, до. п. д. нового генератора досягає 80% в усьому діапазоні частот обертання двигуна, що додатково економить близько 0,5 л палива на 100 км.

Усім цим, проте, не вичерпуються переваги системи ІСАД. Завдяки створенню коротких імпульсів гальмівного моменту система служить демпфером крутильних коливань колінчастого валу, що забезпечує більше спокійну і тиху роботу мотора без використання балансирних валів. Навіть дуже нерівномірно працюючий трьохциліндровий дизель легко приборкується ІСАДом. Реально досягнута економія палива в міському циклі - від 15 до 20%, а ефективність допомоги при прискоренні виражається в додаткових "електричних" 7кВт, так що, наприклад, розгін на п'ятій передачі з 80 до 120 км/год займає на 2 секунди менше, ніж на стандартній моделі "Ситроен-Ксара-Динальто". Зовсім непогано спершу!

Вісімнадцять циліндрів. Сімдесят два клапани. П'ятсот п'ятдесят п'ять кінських сил. Свій новий двигун "Фольксваген" назвав W18, проте буква лише маскує його істинну конфігурацію. Адже всього пару років назад

"Фольксваген" показав мотор W12, зібраний з двох VR6. Але тут класичний

латинський алфавіт для інженерів виявився бідний: в цих двигунах, незважаючи на схоже позначення, немає нічого спільного (окрім, зрозуміло, виготівника)! У W12 циліндри зібрані в два блоки по шість і розташовуються при цьому в чотири ряду - тут підійшла б "буква". А у W18 - три ряди циліндрів по шість в кожному, тобто. Як бачите, азбука двигателестроения

поповнюється усе новими знаками. Основною ідеєю була не конфігурація двигуна і число циліндрів, а відбір потужності цього унікального агрегату: момент передається на трансмісію з середини колінчастого валу! Це дозволило укоротити коробку передач: її первинний вал перестав бути соосен колінчастому, розв'язавши руки проектувальникам силової передачі. Але і цього мало. Як відомо, суперкар в наші дні просто зобов'язаний бути повноприводним. W18 розрахований якраз на таку машину: картер редуктора переднього моста складає одно ціле з піддоном картера двигуна. При цьому момент передається сюди валиком, розташованим усередині того валу, що зв'язує двигун з коробкою передач! Привід усіх шести розподільних валів здійснюється зубчастою передачею від тієї же шестерні в середині колінчастого валу, що і трансмісія. Природно - адже інакше довелося б зробити двигун довше. А взагалі-то він по цьому параметру дуже скромний - всього на 10 см більше, ніж W12, і вже, напевно, коротше за багато серійних рядних "шестірок". Власне, зробити агрегат як можна компактніше і було основною метою творців. З інших неординарних рішень хотілося б назвати безщітковий генератор, вмонтований у блок циліндрів і охолоджуваний водою. Природно, як у будь-якого перспективного мотора, тут – безпосереднє уприскування, чотири клапани на циліндр (тобто усього їх - 72) і по котушці запалення на свічку. Кожен з трьох мікропроцесорів управляє своїм рядом циліндрів, четвертий - синхронізує їх роботу і здійснює "загальний нагляд". Ні для кого не секрет, що шестициліндрові рядні двигуни прекрасно урівноважені. W18, в якому "заховано" три "шестірки", - теж, але цього конструкторам здалося мало: вони змогли урівноважити кожну поперечну трьохциліндрову секцію. Неважко зробити висновок, що сімейство "трирядних" двигунів передбачається розширити. Куди складніше зрозуміти, які ж з чисел поки не увійдуть до обороту арифметики "Фольксвагена". Адже тепер стали можливі такі екзотичні варіанти, як W9 і W15. А якщо врахувати випробувану концерном технологію "відбирання" одного циліндра у звичних моторів (свіжий приклад - серійний V5), то в проміжку від 3 до 18 циліндрів "Фольксваген" без зусиль заповнить будь-який осередок, причому багато – не єдиним способом. Скажімо, до відомим VR6 і V6 може додатися W6.

А все-таки шкода, що в сучасних двигунах привід клапанів виконаний з гідрокомпенсаторами зазорів. В процесі роботи двигуна повітря в трубопроводі здійснює коливальні рухи. Якщо підібрати потрібну довжину впускної труби, можна добитися, щоб у момент відкриття впускного клапана до нього підходила чергова хвиля тиску. Це дозволяє поліпшити наповнення циліндра. Але двигун - агрегат багаторежимний, тому на різних оборотах вимагається, різна довжина впускної труби. Плавне регулювання довжини

завдання технічно важко здійснюване. Але навіть запропонувавши повітрю два шляхи: довгий - в режимі максимального моменту, що крутить, і короткий - в режимі максимальній потужності, можна значно поліпшити показники мотора і, головне, позбавитися від основного недоліку багатоклапанних двигунів - досягнення максимуму моменту, що крутить, при високих обертах колінчастого валу.Ті ж цілі переслідує і інша перспективна розробка - система для зміни фаз газорозподілу. Обладнаний нею мотор повинен стати ще більше тяговим, краще пристосовуватися до зміни навантаження. Комп'ютер управляє електромагнітним клапаном, який направляє потік масла по різних каналам. Залежно від налаштування блоку, що управляє, можливі варіанти.

Перший порадує водіїв збільшенням "тяги" - момент, що крутить, на невисоких оборотах зростає на 12-15%. Другою в якійсь мірі заспокоїть "зелених": знизиться зміст шкідливих викидів в газах, що відпрацювали. Нині діють екологічні програми Євро, які з кожним роком встановлюють усе більш жорсткі вимоги до викиду двигунами шкідливих речовин в атмосферу. Для того, щоб вписатися в рамки стандартів Євро необхідно при конструюванні ДВЗ приділяти велику увагу екології.

Головні винуватці токсичності вихлопних газів - оксиди вуглецю, вуглеводні і оксиди азоту (З, СН, NОx). Сучасна система для зниження їх викиду - каталітичний нейтралізатор (його часто називають просто каталізатором). Він пов'язаний з системою управління двигуном. Нейтралізатор - це керамічний блок з множиною подовжніх каналів, площа отворів яких 1 мм2 і товщина стінки 0,1- 0,5 мм. На внутрішню поверхня цих сотів-трубок напилений шар платини і родію, всього 3-5 р. Проходячи уздовж осередків каталізатора, вихлопні гази при високій температурі піддаються нейтралізації і перетворюються на безпечні двоокис вуглецю, водяна пара і азот. Каталізатори знижують токсичність вихлопу приблизно на 90%, тобто дозволяють при збереженні рівня забруднення повітря збільшити чисельність автотранспорту. У перші секунди після пуску двигуна, поки каталізатор ще не прогрівся до робочої температури, випускні гази вилітають крізь нього в трубу практично без очищення. А чим потужніше двигун, тим більше розмір і маса каталізатора і тим довше він прогріватиметься на неодруженому ходу. БМВ вирішила встановити каталізатор "Эмитек" (див. схему), що електрообігрівається. Оскільки розігрівши активної маси повинен статися в лічені секунди перед включенням стартера, нагрівач споживає величезної сили струм, що віддається додатковою надпотужною акумуляторною батареєю! А вона для своєї зарядки зажадала установки потужного генератора з рідинним охолодженням. Оскільки і цього виявилося недостатньо, перед новим каталізатором передбачений додатковий адсорбер з цеоліту, здатний накопити до 60% вуглеводнів і зберігати їх впродовж 30 секунд. Коли вихлопні гази стають досить гарячими, цеоліт віддає усю накопичену гидоту вже цілком прогрітому каталізатору.