Исследовательская часть

К современному автомобилю предъявляются все более растущие требования, с одной стороны, к динамике автомобиля, зависящей от мощности и крутящего момента, а с другой стороны топливная экономичность и малая токсичность.

Таким образом, основными направлениями совершенствования бензиновых двигателей традиционно являются улучшение топливной экономичности, снижение токсичности отработавших газов и повышение энергетических показателей.

Для достижения заданных требований целесообразно повышать КПД двигателя. С этой целью стремятся обеспечить максимально быстрое и полное сгорание в цилиндре двигателя, уменьшают механические потери.

Повысить КПД двигателя можно, например, увеличением степени сжатия, работа на высокой степени сжатия повышает вероятность возникновения таких явлений как детонация и калильное зажигание.

Повысить КПД можно обеспечением оптимального соотношения топлива и воздуха в цилиндре двигателя. Это достигается точным дозированием топлива, например, при помощи электронного управления топливоподачей и распределенного впрыска топлива.

Повысить КПД можно уменьшением длины юбки поршня, количества и высоты колец; уменьшением количества приводимых от коленчатого вала агрегатов (кондиционер, гидроусилитель); уменьшением потерь на трение в двигателе (использование высококачественных масел, антифрикционных покрытий, уменьшением поверхности трения, профилирование пар трения); обеспечением быстрого прогрева двигателя и поддержанием оптимальной температуры при работе.

Немаловажное влияние на энергетические показатели двигателя оказывает качество наполнения цилиндров двигателя свежей смесью. С этой целью в настоящее время получили распространение такие мероприятия как: 4-х клапанное газораспределение, распределенный впрыск бензина во впускной трубопровод, переменные фазы газораспределения, впускной трубопровод переменной длины (газодинамический наддув), турбонаддув и механический наддув, оптимизируется форма камеры сгорания и впускного тракта.

Весьма перспективным является использование системы с регулируемым движением клапанов Valvetronic она позволяет отказаться от дроссельной заслонки, однако при этом усложняется головка блока, увеличивается высота двигателя, появляются ограничения по максимальной частоте вращения.

Широкое распространение получило изменение фаз газораспределения как на впуске так и на выпуске. Оптимальным с этой точки зрения является электромагнитный привод клапанов, однако при этом увеличивается высота двигателя, повышаются требования к электромагниту. Для этого применяются распределительный вал с коническими кулачками, роторный механизм изменения фаз газораспределения.

Один из популярных путей улучшения наполнения цилиндров это использование впускного трубопровода с изменяемой длиной.

Проанализировав перечисленные способы улучшения показателей двигателя было решено использовать одновременно систему с двумя роторными механизмами на впускном и выпускном распределительных валах, и впускной трубопровод переменной длины.

На следующем этапе было решено выбрать систему впуска. Проведенные исследования показали что наполнение цилиндров свежей смесью зависит от схемы впускной системы как правило выделяют три основных разновидности: 1 вариант это раздельные впускные и патрубки, в этом случае воздух может подводиться либо по длинному каналу через один из впускных клапанов (заслонка закрыта) либо по короткому каналу то есть по пути наименьшего сопротивления, такая схема позволяет организовать интенсивное вращение в цилиндре что улучшает сгорание на низких оборотах, но значительно ухудшается наполнение на высоких частотах. Использование одного общего впускного канала в головке блока позволяет уменьшить сопротивление на высоких частотах, наилучший же результат достигается при использовании одного общего впускного трубопровода и канала. Для дополнительного уменьшения сопротивления на высоких частотах встраивается дополнительная заслонка, при открытии которой создается эффект короткого трубопровода – это впускной трубопровод с двух ступенчатым изменением длины, он позволяет примерно на 10% поднять крутящий момент на низких и высоких частотах.

На спортивных автомобилях, где важна максимальная мощность двигателя, применяются индивидуальные патрубки низкого сопротивления, это позволяет существенно поднять крутящий момент на высоких частотах .

Для проектируемого двигателя лучше применять впускной трубопровод с бесступенчатым изменением длины, это позволяет обеспечить хорошее наполнение цилиндров во всем диапазоне частот коленчатого вала.