Немного об устройстве автомобиля | Ответить |
Блеск и нищета дизелей У наших соотечественников со словом "дизель" обычно ассоциируется чадящий КамАЗ и водитель в телогрейке, пытающийся зимой паяльной пампой отогреть его бак. Но время и техника неумолимо идут вперед, и все больше появляется у нас на дорогах красивых и современных автомобилей, у которых лишь характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора. Действительно вначале дизельные двигатели устанавливались исключительно на грузовые автомобили, суда и военную технику - то есть туда, где нужна надежность и экономичность, а размеры, вес и комфорт можно принести в жертву. Совершенствование технологий в моторостроении привело к появлению двигателей, которые стало возможно установить и на легковой автомобиль. Первый такой серийный автомобиль появился давно - в 1935 году. Это было такси Mercedes-Benz 260(W 170). Стремительный рост популярности дизельных моторов пришелся на бензиновый кризис 70-х годов - с этого времени дизель прочно завоевал себе место под капотом легковых машин и внедорожников - от самых массовых до представительского класса. ИДЕАЛ ДЛЯ ВНЕДОРОЖНИКА Такие особенности дизеля, как экономичность, высокий крутящий момент во всем диапазоне оборотов, и особенно на низких частотах вращения, а также доступное топливо, делают его предпочтительным вариантом для внедорожника, предназначенного для работы в тяжелых условиях. Поэтому в программе любой фирмы, производящей джипы, присутствует дизельная модификация, и чаще всего не одна. Сейчас, в конце 90-х годов, начался новый рост популярности дизельных моторов, связанный с совершенствованием их конструкции, внедрением электроники в системы топливоподачи и управления двигателем. Современные дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности и удельным характеристикам (вес, мощность на единицу объема), сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности. По прогнозам ученых и технологов, в XXI веке старая добрая "бензиновая зажигалка" начнет уходить в историю, постепенно отдавая пальму первенства дизелю. Какие же особенности дизельного двигателя позволяют ему вести столь успешную борьбу за место под капотом? КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ По конструкции дизельный двигатель мало отличается от обычного бензинового - те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать 6олее высокие нагрузки - ведь степень сжатия у него намного выше (19-24 единицы против 9-11 у бензинового). Именно этим объясняется больший вес и габариты дизельного двигателя в сравнении с бензиновым. Принципиальное отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800° С, в камеру сгорания форсунками под большим давлением (10-30 МПа) впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре - отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет высокую экономичность. Экологические характеристики такого двигателя тоже лучше - при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ, особенно оксида углерода, заметно меньше, чем у бензиновых моторов. К специфическим недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Стоит отметить, что это относится в большей степени к старым конструкциям, а в современных моторах эти проблемы уже не являются столь очевидными. НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ВПРЫСК Существует несколько типов дизельных двигателей, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания - их называют дизелями с непосредственным впрыском - топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне. Непосредственный впрыск Предкамерный впрыск Вихрекамерный впрыск До недавнего времени непосредственный впрыск применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было связано с трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией. Но в последние годы благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить его экономичность, снизить шум и вибрацию. Такие двигатели стоят на автомобилях: Toyota Land Cruiser 4.2л -1HD-T, 1HD-FT, Isuzu Trooper, Opel Frontera 2.8 л - 4JB1, Land Rover Discovery 2.5 TDI ВИХРЕКАМЕРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ Наиболее распространенным на легковых автомобилях пока является другой тип дизельного мотора - с разделенной камерой сгорания. В них впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера "Рикардо Комет", выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что значительно улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение в этом случае начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания. При разделенной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Вихрекамерные двигатели составляют подавляющее большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %). Менее распространены предкамерные дизели, имеющие специальную вставную форкамеру, соединенную с цилиндром несколькими небольшими каналами. Их форма и сечение подбираются так, чтобы между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов с большой скоростью. Такая конструкция позволяет обеспечить большой ресурс, низкий уровень шума и токсичности, а также пологую характеристику крутящего момента. Из широко распространенных автомобилей предкамерный двигатель применяется только на Mercedes G 300D, 350 TD (W 463) и Ssang Yong Musso 2.9 D, где также установлен дизель Mercedes OM602. КЛЮЧЕВЫЕ УЗЛЫ Схема топливоподачи дизеля ТОПЛИВНЫЕ НАСОСЫ Рядные насосы фирмы Bosch или сделанные по ее лицензии (Nippon Denso, Diesel Kiki) в настоящее время применяются редко, хотя по своей конструкции являются наиболее надежными. Их можно встретить на автомобилях Mercedes G 300D, 350 (W 463), Ssang Yong Musso, Nissan Patrol с двигателем SD-33. Наиболее распространены ТНВД распределительного типа VE производства Bosch или фирм Nippon Denso, Diesel Kiki, Zexel по лицензии Bosch. В этих ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам. Насосы типа VE получили широкое распространение на легковых дизелях. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов, в то же время эти насосы предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы. На американских автомобилях с дизельными двигателями GMC 6.2, 6.5 л типа Chevrolet Blazer, Suburban, Tahoe применяются насосы фирмы Stanadyne распределительного типа. В них систему нагнетания составляют четыре противолежащих поршня, выполняющих поступательные движения навстречу друг другу. Координация потоков топлива осуществляется распределительной головкой, соединяющей или разъединяющей линию нагнетания к форсункам. С начала 90-х годов стала внедряться электронная система управления дизельным двигателем, позволяющая оптимизировать подачу топлива на всех режимах и за счет этого повысить экономичность, снизить количество вредных выбросов и шумность работы моторов. Электроника позволяет заменить на всех перечисленных типах насосов сложные механические регуляторы более простыми и точными. Нагнетательная часть ТНВД при этом обычно остается неизменной. В настоящее время электронное управление установлено на многих внедорожниках Mercedes G 350, Range Rover 2.5 TDI с двигателем BMW, Toyota Surf с двигателями 2L и 1 KZ, Nissan Terrano 2.7 TD, Nissan Patrol 2.8 и 4.2, Chevrolet Blazer 6.5 и других. Рядный ТНВД ТНВД Bosch VE с электронным управлением ТНВД типа VE Diesel Kiki ФОРСУНКИ ФИЛЬТРЫ НА СТАРТ! НАДДУВ Турбокомпрессор УМЕЛЬЦАМ НА ЗАМЕТКУ Для того чтобы автомобиль с дизельным двигателем в полной мере мог проявить свои лучшие качества, а не отбил у его владельца навсегда интерес к дизелю, надо хорошо представлять себе особенности его эксплуатации и ремонта, знать причины наиболее часто встречающихся неисправностей и способы их устранения. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ ДИЗЕЛЬНЫХ МОТОРОВ И ПОСЛЕДСТВИЯ ИХ НАРУШЕНИЯ 1. Своевременно производить замену масла и применять масло соответствующего качества и вязкости. Во всех дизельных моторах без исключения замену масла и фильтра рекомендуется производить не реже чем через 7 500 км, даже если инструкцией предусмотрены большие межсервисные интервалы. Эта рекомендация обусловлена высоким содержанием серы в российском дизтопливе, что приводит к его быстрому окислению и старению. Масло для современных моторов следует применять классом качества не ниже CD по API или В2 по АСЕА. Индекс вязкости, рекомендуемый для конкретного мотора, обычно указывается в инструкции Наиболее универсальными являются всесезонные масла с индексами вязкости 5W40 и 10W40 синтетические и полусинтетические. Все современные масла имеют допуск к применению как в бензиновых, так и в дизельных двигателях (например, SH/CE), и совершенно не обязательно покупать масло со словом "diesel" в названии. Синтетические или полусинтетические масла обладают более стабильными характеристиками в течение всего срока службы и обеспечивают за счет этого снижение износа двигателя. Однако лишено оснований часто встречающееся мнение о необходимости применения в современных турбодизелях только синтетических масел, минеральные также можно применять без ограничений, если их класс качества соответствует требованиям инструкции. Что касается вопроса о том, масло какой фирмы-производителя выбрать, то разница здесь несущественная, если, конечно, не нарваться на подделку. Просто надо один раз выбрать сорт масла и не практиковать частой смены его на другой: при взаимодействии разных масел могут образовываться плохорастворимые отложения, ведь в моторе всегда есть небольшой несливаемый остаток. Быстрое почернение моторного масла (иногда через 1 000 км после замены) не должно вызывать опасений, это обычное явление и вызвано работой моющих и диспергирующих присадок. 2. Своевременно заменять ремень ГРМ. Зубчатый ремень ГРМ и ТНВД следует менять не реже чем через 60 тыс.км. По инструкции на части японских моторов указана периодичность замены 100 тыс.км, но следует помнить, что это предельная величина - так долго ремень может прослужить только в абсолютной чистоте, без попадания на него масла. Обрыв ремня приводит к тяжелым последствиям: клапана всегда встречаются с поршнями, ломают коромысла и распредвалы, часто полностью выводя из строя головку блока. Стоимость ремонта в этом случае может составить несколько тысяч долларов. При замене ремня ГРМ следует менять и натяжной ролик, так как его разрушение приводит к тем же последствиям. Поломка распредвала - последствие обрыва ремня ГРМ Обрыв ремня ТНВД не приводит ни к каким серьезным последствиям, однако, если это произошло в дороге, хорошего тоже мало - выставить впрыск без спецприспособлений очень трудно. 3. Следить за чистотой топливной системы. Для этого надо периодически сливать отстой из топливного фильтра, отворачивая сливную пробку, расположенную в нижней части фильтра. Сам топливный фильтр надо менять каждые 8-10 тыс.км. Делать это реже нежелательно, так как забитый фильтр создает повышенное гидравлическое сопротивление и нарушает нормальную работу топливной аппаратуры. Топливный бак рекомендуется промывать два раза в год, весной и осенью, полностью снимая его с автомобиля. В актуальности такой процедуры каждый может убедиться самостоятельно, увидев, сколько грязи и воды выльется из бака. Несоблюдение этих несложных правил часто приводит к необходимости серьезного ремонта топливного насоса и форсунок, а при неудачном стечении обстоятельств - и к повреждению самого двигателя. << Обрыв ремня газораспределительного механизма на дизеле всегда приводит к деформации клапанов Отстой из топливного фильтра >> 4. Не пытаться заводить двигатель с буксира. Во многих случаях такая попытка приводит к серьезным повреждениям вполне исправного мотора. Так, к примеру, если в баке летняя солярка, а на улице - 10°С, попытка пуска бессмысленна: при -5°С уже кристаллизуются парафины и топливо теряет текучесть. Детали топливной аппаратуры, как известно, смазываются топливом, и его отсутствие приводит к сухому трению и их повреждению. Единственное правильное решение в этом случае - искать теплый гараж и отогревать топливную систему. Часто при пуске с буксира возникают повреждения привода ГРМ, особенно на тех двигателях, где он приводится зубчатым ремнем. Исправный дизель должен свободно заводиться без дополнительных средств подогрева до -20°С. Если этого не происходит, проще найти и устранить неисправность, чем доводить двигатель до капитального ремонта. Этот сломанный плунжер - последствие попытки пуска с буксира 5. Прогревать двигатель и не допускать длительной езды на высоких оборотах. Прогрев дизеля необходим, хотя очень часто можно встретить противоположное мнение, в том числе и в некоторых инструкциях. Холодный дизельный двигатель действительно позволяет двигаться сразу без рывков и провалов, но тепловые зазоры в непрогретых деталях повышены, а смазывающие свойства холодного и густого масла, наоборот, недостаточно высоки, что приводит к существенному возрастанию износа деталей на этом режиме. Поэтому небольшой прогрев в течение 3-5 минут до начала движения дизелю совершенно необходим. Длительная эксплуатация на высоких оборотах, более 3 500 - 4 000 об/мин, когда нагрузки на кривошипно-шатунный механизм и цилиндро-поршневую группу особенно высоки, приводит к резкому возрастанию их износа и снижению ресурса двигателя. Оптимальным для длительного использования следует считать диапазон 1600 - 3 200 оборотов в минуту. 6. Не форсировать глубокие лужи на большой скорости. Хорошие ездовые качества дизельного джипа на бездорожье часто провоцируют его водителя лихо рассекать по лужам и бродам, поднимая, подобно катеру, буруны брызг и волн. Если бы вы знали, как много моторов попало в капитальный ремонт из-за гидроудара! Как известно, дизель не имеет дросселирования на впуске и его всасывающие свойства высоки, а объем камеры сгорания очень мал. Даже небольшое количество воды, попавшей в коллектор и затем в надпоршневое пространство, вызывает явление, называемое гидроударом - поскольку жидкость несжимаема и деться ей на такте сжатия некуда, происходит повреждение (изгиб) шатуна. Воздушный фильтр при этом отлично пропускает воду. Поэтому глубокие лужи рекомендуется форсировать, что называется, "шагом". Погнутый шатун - жертва гидроудара 7. Применять только качественные запчасти и не ремонтировать двигатель в незнакомых местах. Попытки сэкономить на запчастях или стоимости ремонта дизеля чаще всего заканчиваются совсем не тем результатом, который хотелось бы получить. Из-за больших тепловых и динамических нагрузок требования к качеству запасных частей и комплектующих очень высоки, а рынок запчастей наводнен второсортным товаром, а зачастую и откровенным браком. Так, к примеру, свеча накаливания, купленная за $5, что в 2-3 раза дешевле ее нормальной цены, работает в лучшем случае две недели, а распылители за $10 приходится браковать прямо на стенде. Были случаи вытяжки новой цепи за неделю работы, и это на Mercedes'e 300D, где заводские цепи свободно "отхаживают" по 200 тыс.км. Та же рекомендация касается и ремонта: можно найти сервис или мастера, у которого цена одной и той же работы в 2-3 раза ниже, чем в специализированном техцентре, но очень часто такой ремонт ведет к потере времени, денег и даже повреждениям мотора. Ремонт дизеля требует хорошего знания особенностей конструкции ремонтируемого мотора и строгого выполнения инструкции по ремонту. 1. Затрудненный запуск двигателя. Чаще всего возникают трудности запуска холодного двигателя в зимнее время. Если топливо и масло соответствуют сезону, а стартер обеспечивает достаточные пусковые обороты и при этом прогретый мотор заводится и работает без замечаний, то причиной плохого запуска является либо низкая компрессия, либо неисправная система предпускового подогрева. Нижняя граница компрессии у большинства двигателей составляет 20-26 бар. Если компрессия находится на нижней границе, указанной для конкретного мотора, или ее разброс по цилиндрам превышает 3-5 бар, то такой мотор требует ремонта. В 90% случаев ремонт путем замены колец неэффективен и требуется расточка блока с установкой ремонтных поршней. Об износе поршневой группы однозначно можно судить и без измерения компрессии, когда из открытой крышки масляной горловины или отсоединенного шланга вентиляции картера интенсивно вырываются картерные газы. Кстати, это наиболее простая проверка, которую можно самостоятельно осуществить при покупке машины. Если данное явление обнаружено, то от покупки следует отказаться или сразу снижать цену на стоимость капитального ремонта. Проверить систему предпускового подогрева можно обычным тестером. Для этого следует подключить вольтметр к общей шине, по которой подводится напряжение на свечи, и включить зажигание. Если напряжение накала 12В (на части японских автомобилей 6 В или 24 В) приходит на свечи и снимается через 20-30 секунд после погасания контрольной лампы в кабине, то реле управления свечами исправно. Если напряжение не приходит вообще то надо проверить предохранитель. Далее следует отсоединить общую шину и проверить их сопротивление омметром. У исправных 12 -вольтовых свечей сопротивление в холодном стоянии составляет обычно 0,6-0,8 Ом. Если оно равно нулю - в свече короткое замыкание, если бесконечности - обрыв. Такую свечу следует заменить. Неисправности ТНВД или форсунок на холодный запуск влияют в гораздо меньшей степени, однако в совокупности со сниженной компрессией недостаточная величина опережения впрыска и плохо распыляющая топливо форсунка могут сделать запуск невозможным. Иногда плохой пуск исправного двигателя после длительной стоянки бывает вызван подсосом воздуха в топливной системе. За время стоянки топливо "уходит" из ТНВД, и без прокачки системы двигатель не заводится. Затрудненный запуск горячего двигателя при легком холодном пуске всегда вызывается неисправностью ТНВД, связанной с износом плунжерной пары (гидравлической головки). Когда топливо нагревается, снижается его вязкость и возрастают гидравлические потери в зазорах. Плунжер в этом случае не в состоянии развить давление достаточное для открытия форсунок на пусковых оборотах и топливо не поступает в камеру сгорания. Без замены плунжера в этом случае не обойтись. 2. Повышенная дымность двигателя. Повышенная дымность помимо того, что неприятна сама по себе, еще и является признаком какой-либо неисправности и поэтому всегда требует своевременного отыскания причины и ее устранения. Бело-сизый дым с едким запахом несгоревшей солярки вызывается тем, что топливо не сгорает в цилиндре, а испаряется на горячих деталях выпускного тракта. Обычно это вызывается неисправностями топливоподающей аппаратуры, поздним углом опережения впрыска либо отказом в работе одного из цилиндров. Эксплуатация двигателя в этом случае недопустима, так как это может привести к дальнейшим, более серьезным повреждениям мотора. Если при холодном пуске мотор выделяет большое количество сизого дыма и работает неустойчиво, а по мере прогрева это исчезает, то это говорит о сниженной компрессии в одном из цилиндров или неисправности одной-двух свечей накала. Из-за этого при пуске один из цилиндров не работает и топливо в нем испаряется не сгорая, а затем по мере прогрева двигателя начинается устойчивое самовоспламенение, цилиндр включается в работу и дым исчезает. С этим явлением можно какое-то время эксплуатировать машину, не опасаясь повреждений, но все равно следует помнить о том, что неравномерная работа холодного двигателя существенно ускоряет износ. Черный дым при резкой даче газа и при движении под нагрузкой вызывается обычно неисправностями форсунок или ранним углом опережения впрыска. Ранний угол впрыска обычно вызывает значительную задержку самовоспламенения с последующим резким ростом давления в цилиндре из-за самовоспламенения большей части топливного заряда сразу, что провоцирует жесткую работу двигателя и образование большого количества сажи. Иногда черный дым вызывается неисправностями турбокомпрессора, который не развивает достаточного давления надува или пропускает во впускной тракт значительное количество масла из-за износа лабиринтных уплотнений вала турбины. Эксплуатация автомобиля с повышенным дымлением не приводит к повреждению двигателя или его деталей, однако длительная езда с неисправными распылителями форсунок или ранним углом впрыска приводит к прогару форкамер, обгоранию поршней и разрушению перемычек, что требует в дальнейшем серьезного ремонта. В то же время незначительный выброс черного дыма при резком нажатии на педаль газа не более чем на 1 секунду считается допустимым и не требует вмешательства в топливную систему. 3. Неустойчивая работа двигателя, падение мощности и тяги. Если двигатель исправен, легко запускается и не расходует масло, то эти явления обычно объясняются нарушениями в работе ТНВД или других элементов топливной системы. Так неустойчивый холостой ход и провалы тяги, сопровождающиеся появлением сизого дыма, связаны с неисправностью подкачивающего насоса внутри ТНВД. Это обычно требует ремонта топливного насоса с полной разборкой, что невозможно сделать без соответствующего стенда. Иногда к тому же эффекту приводит более простая причина - подсос воздуха. Чтобы исключить ее, надо отсоединить всасывающий шланг от топливного фильтра и "покормить" мотор от отдельной емкости с чистой соляркой. Если мотор заработал нормально, следует искать место подсоса воздуха, если нет - ремонтировать ТНВД. У японских внедорожников распространенное место подсоса воздуха - мембрана насоса ручной подкачки на корпусе фильтра. Иногда у этих мотопов причиной неустойчивой работы бывает забитая или замятая металлическая возвратная магистраль, называемая "обратной". Следует помнить и о том, что шайбы под "обраткой" одноразовые и повторное их использование может, помимо течи, привести к нарушению слива из форсунок в "обратку". 4. Повышенная шумность двигателя. Для многих водителей дизельных маший, ранее эксплуатировавших только бензиновые, звук работы их вполне исправного двигателя кажется им чрезмерным или угрожающим. Владельцу следует знать, что беспокойство должны вызывать шумы, выделяющиеся из общего равномерного стука работающего двигателя, по тональности или не совпадающие с частотой работы двигателя, или появляющиеся и исчезающие в определенном диапазоне оборотов. Сразу должно насторожить появление посторонних звуков, сопровождающееся потерей мощности двигателя и появлением белого дыма. Это угрожающие симптомы. В любом случае, если появляются какие-либо опасения, лучше перестраховаться и, прекратив эксплуатацию двигателя, приступить к определению причины стука. Своевременное определение неисправности чаще всего позволяет избежать серьезного ремонта. И в заключение обращаем ваше внимание на таблицу основных неисправностей дизельных двигателей, которая может помочь владельцам дизельных машин в предварительном определении причин их возникновения. >Auta i aure! Lome entolouva!
|
|
#2 |
Турбонаддув: когда это хорошо?
« Вс, 2012/09/02 - 16:16 »
Как известно, мощность двигателя можно повысить несколькими путями. Самый распространенный путь – американский. «Объему нет альтернативы» – это именно их пословица. Другой вариант – повысить частоту вращения коленвала. Можно, но сложно. При высокой скорости вращения поршни догоняют клапаны, что «лечится» установкой пружин повышенной жесткости. Зато возникают другие проблемы – мала тяга и момент на «низах». Годы идут, научно-технический прогресс не дремлет и… появилась такая замечательная система, как VTEC. Однако имеется еще один, самый эффективный способ. Есть великий соблазн увеличить количество рабочей смеси, попадающей в цилиндры. Тогда мощность будет ограничена только прочностью мотора. В принципе, любое усовершенствование всегда тянет за собой ворох проблем – в данном случае это октановое число (для бензиновых двигателей) и требовательность так называемых надувных агрегатов к качеству обслуживания. Итак, схем для увеличения количества топливо-воздушной смеси, попадающей в цилиндры автомобильных двигателей, пока только две – компрессорная и турбонаддувная. Компрессор – это устройство для сжатия топливной смеси, имеющее привод от коленвала двигателя. Хороший способ, некоторые компании давно используют его и получают очень неплохие результаты по характеристикам моторов. В данном случае речь идет о таких грандах, как, например, Mercedes и Toyota. Mercedes до сих пор упорно использует этот прием, а Toyota практически полностью переключилась на турбонаддув, если речь идет о бензиновых двигателях. Если же говорить о дизелях, то практически все моторы, имеющие мощность более 80 КВт, оснащены турбинами. Преимущества автомобильных двигателей, оснащенных турбокомпрессорами, очевидны: Дизельные двигатели по удельной мощности не могут сравниться со своими бензиновыми собратьями, поэтому легковые автомобильные дизели практически все оборудованы турбонаддувом. Вспомним, например, YD25DDTi производства Nissan – объем 2,5 л, мощность на уровне продвинутых бензиновых аналогов (174 л. с.), а крутящий момент на «низах» всегда был сильной стороной дизелей. Турбина представляет собой две крыльчатки на единой оси – одна крыльчатка на впуске, другая – на выпуске. После того как мотор начинает работать, крыльчатку на выпуске заставляет вращаться поток выхлопных газов. Соответственно, крутится и крыльчатка на впуске, создавая избыточное давление. Теоретически, чем выше обороты двигателя, тем быстрее и объемнее поток выхлопных газов. Соответственно, давление наддува пропорционально увеличивается. Это – замкнутый круг. При такой схеме мотор просто пойдет «вразнос». Спасает его от этого байпасный (перепускной) клапан, который стравливает избыточное давление. Производители рассчитывают, до какой величины можно «дуть» в двигатель, чтобы сохранить ресурс и работоспособность. На самом деле все, конечно, не так просто. При малых оборотах давление выхлопных газов небольшое, а турбина – штука довольно тяжелая, производится из чугуна, пока раскрутятся крыльчатки, проходит какое-то время. Кроме того, степень сжатия по сравнению с атмосферными моторами снижена. Соответственно, на малых оборотах мы имеем провал по мощности, который называется «турбояма». На высоких оборотах, когда турбина уже раскрутилась, чувствуется ощутимый рывок, так называемый «турбоподхват». Тут опять возникает проблема – нагреваются обе крыльчатки, и на впуск идет горячий воздух, в то время как для оптимизации рабочего процесса нужен холодный. Поэтому применяется специальное охлаждение наддувного воздуха с помощью так называемого интеркулера – промежуточного охладителя. Прежде чем попасть в цилиндры, наддувный воздух идет через интеркулер. Вообще, турбонаддув – нежная штука. При покупке автомобиля на вторичном рынке нужно внимательно осматривать крыльчатки на предмет замасленности. Если турбина «гонит» масло, жить такому агрегату осталось очень недолго, особенно при наличии катализатора на автомобиле. Турбина забивает маслом ячейки катализатора, тот снижает пропускную способность на выходе, ячейки обгорают, турбина «задыхается» и еще больше «гонит» масло. Получается замкнутый круг, в результате которого владелец подобного автомобиля «попадает» на две очень дорогие вещи: турбину и катализатор. Об особенностях обслуживания турбированных моторов поговорим чуть позже, а пока остановимся на конструктивных особенностях подобных систем. Турбояма для гражданских автомобилей – явление очень вредное. В рваном городском режиме недостаток мощности на «низах» очень хорошо чувствуется. Для «спортсменов» это некритично, в любом случае они держат обороты двигателя не ниже оборотов максимального момента. Поэтому автомобили, претендующие на экстремальную спортивность, имеют одну турбину высокой производительности, которая позволяет максимально поднять мощность. Для гражданских версий применяются различные ухищрения. Например, ставятся турбины маленького диаметра, имеющие меньшую инерционность, а чтобы не снижать значительно мощность, применяется сразу несколько штук. Гражданские версии спортивных машин имеют приличный запас прочности, чем и пользуются любители тюнинга. Зачастую можно поднять мощность турбомотора с минимальными затратами. Рецепт прост – переписывается программа управления двигателем и используется буст-контроллер. Буст-контроллер – это прибор, управляющий клапаном отсечки. Можно выставить давление наддува, превышающее рекомендованное заводское. Но в этом тоже необходимо знать меру. Как правило, компании, торгующие «китами» для тюнинга, располагают подобной информацией. Советую прислушаться к их советам, чтобы потом не раскошеливаться на дорогостоящий ремонт. Лет 10 назад появилась такая интересная вещь, как турбина с изменяемой геометрией. Принцип ее работы – изменение сечения на входе. При низких оборотах сечение уменьшается, на высоких – увеличивается с помощью вакуумного привода. Таким образом оптимизируются рабочие процессы, практически полностью убирается турбояма, да и турбоподхват тоже. Более того, при такой схеме работы байпасный клапан зачастую уже не нужен. Лопатки турбины могут менять наклон в зависимости от потока выхлопных газов, привод осуществляется вакуумом либо избыточным давлением с помощью кулачков или рычагов. Оптимизирует процесс электроника. Идея турбины с изменяемой геометрией уже давно витала в воздухе, только осуществить ее было непросто. Такая система боится высокой температуры, а выхлопные газы в бензиновых двигателях зачастую нагреваются до 1000 оС, поэтому подобные решения стали применяться сначала на дизелях, благо, температура отработавших газов там значительно ниже. По мере роста технологий подобные агрегаты появились и на бензиновых моторах. Первой ласточкой была компания Porsche со своим легендарным 911-м. Отдельно стоит упомянуть эксплуатацию моторов с приставкой Turbo. Они, безусловно, более капризны и требовательны к качеству обслуживания. Ротор в корпусе турбины вращается на гидродинамических подшипниках. Это – подшипники скольжения, в которых масляный клин, создающийся высоким давлением, не дает перейти на пограничное трение – металл по металлу. Нечто подобное можно наблюдать на коленвале и распредвале. Разница только в скорости вращения. Если у коленвала это 5-6 тыс. об./мин., то у турбины – 110-115 тыс. об./мин., а скорость на конце лопатки ротора – как у пули, 300 м/с. Отсюда – повышенные требования к системе смазки и рабочему давлению в гидродинамических подшипниках. Поэтому сразу нужно осознать одно – торопиться не нужно. Желательно прогреть двигатель перед поездкой, чтобы вязкость моторного масла пришла в норму. Поскольку требования к системе смазки повышенные, масло для таких моторов должно быть качественное и сертифицированное. Торопиться не нужно и в конце поездки. При глушении мотора давление в системе смазки падает до нуля, а массивная турбина продолжает вращаться уже без масляного клина. Но даже это – полбеды. Хуже другое. Раскаленная турбина изменяет смазывающие свойства масла и превращает последнее в твердое тело – лак. В результате чего ротор может приклеиться к корпусу, и следующий запуск мотора станет последним. Если водитель вовремя не заметит горящую лампочку давления масла, выйдет из строя не только турбина, но и двигатель. Давление в системе смазки большое. Соответственно, масло из системы уйдет за минуту, а дальше – сами знаете. Поэтому покупайте сигнализацию с возможностью подключения турботаймера – это намного продлит срок службы такого прецизионного, требующего внимания, но очень полезного агрегата, как турбина. по материалам http://www.avto.ru |
Автор: Бен Войдыла
Современный автомобиль похож на катающийся по улицам вычислительный центр, нашпигованный множеством компьютеров. Попробуем обсудить эти малопонятные аспекты в работе вашей машины, разобраться в ее компьютерной сети. В прошлом мы бы назвали ее «бортовой электросетью», однако функции этого организма уже давно вышли за рамки тупого перекачивания электронов из одного проводка в другой. Вся автомобильная электроника называется в своей совокупности «локальной контроллерной сетью» (CAN, Controller Area Network), но есть для этого и более точный термин. Система проводов и протоколов связи, выполняющая функции соединительной ткани между всеми компьютерами и датчиками, называется, строго говоря, шиной CAN. Благодаря шине CAN машины стали дешевле, мощнее, удобнее и научились выделывать такие фокусы, которые без нее были бы просто невозможны.
Шоссе и развязки
Обо всех тонкостях шины CAN мы решили поговорить с Эриком Патоном, специалистом из компании Ford. Патон сказал: «Садясь за баранку, вы должны понимать – все в машине, что на первый взгляд кажется вам простым, скрывает на поверку фантастически сложные взаимодействия изощренных процессов и механизмов». Принципиальная схема шины CAN напоминает переплетение шоссейных дорог. Данные, подобно автомобилям, летят вдоль многополосных хайвеев, а потом сворачивают на какие-то узкие местные дороги, используя в определенных местах специально устроенные для этого въезды и съезды. Тысячи пакетов данных несутся в любой момент по этим дорожкам. Вы можете засечь их на любом перегоне и принять на любом выезде с магистрали.
В самых разных местах вашего автомобиля понатыканы разнообразные компьютеры, которые принято называть электронными блоками управления (ECU). Продолжая развивать шоссейную аналогию, их можно было бы представить себе в виде светофоров и других регулируемых развязок. Каждый ECU выполняет свои задачи: один управляет работой двигателя или трансмиссии, другой поднимает оконные стекла, третий запирает двери и т. д. На эти компьютеры заведены жилы от различных датчиков и переключателей, подающих информацию о тех или иных переменных величинах типа температуры, давления, напряжения, ускорения под различными углами, торможения, угла поворота колес и многих других параметрах. Допустим, ECU запрашивает информацию от какого-то датчика, подключенного к другому ECU, спрятанному в противоположном конце автомобиля, – вот тут-то и вступает в действие шина CAN.
Вернемся к образу автомагистрали. Шина CAN позволяет данным от всех датчиков и процессоров свободно циркулировать по автомобилю в любой момент времени. Каждый из компьютеров непрерывно передает в сеть информацию от своих датчиков и результаты собственных вычислений. В сети одновременно носится пара тысяч сообщений, дожидаясь, когда кто-то пожелает их прочитать. С другой стороны, каждый ECU непрерывно «прослушивает» сеть, выдергивая из нее те «кусочки» информации, которые могут потребоваться ему для выполнения собственных задач. Эта система не предполагает существования какого-либо центрального «хаба» или маршрутизатора – это просто непрерывный поток информации, которая всегда доступна каждому из контроллеров.
Дверь, а не гильотина
Рассмотрим, к примеру, работу электропривода сдвижных дверей – атрибута, типичного для современных минивэнов. Движением этих дверей управляет особый ECU, который называют «модулем кузовных функций». Несколько датчиков постоянно отслеживают, закрыта дверь или нет. Вот водитель нажимает кнопку закрытия двери. Сигнал от этого переключателя передается в сеть. Соответствующий ECU принимает сигнал, но это не значит, что он сразу же берется за работу. Первым делом он просматривает поток данных, идущий по шине, чтобы убедиться, что машина не движется и пребывает в запаркованном состоянии. Если по этой части все в порядке, он дает команду на электропривод. Включаются моторчики, и дверь съезжает на положенное место. Но этого еще мало – попутно ECU отслеживает напряжение, которое подается на клеммы моторов. Если напряжение на каком-то моторе вдруг скакнет, это будет означать, что дверь уперлась в оставленную в проеме сумку или кто-то выставил в проем ногу. Тогда ECU, чтобы не вызвать каких-либо повреждений, сразу же начнет сдвигать дверь в противоположную сторону. Если же двери ничто не помешает, она встанет в проем, и тут же включится электрическая защелка.
Еще недавно такую последовательность действий можно было бы считать настоящим достижением инженерной мысли. Даже простой электропривод, заведенный на электрические двери, потребовал бы жгуты из проводов, протянутых к электромотору, переключателям направления и электрическим замкам.
Принцип «шины CAN» был разработан в середине 1980-х, а до этого, если автопроизводитель хотел добавить в машину какую-нибудь новую электрическую примочку, скажем, подогрев сидений, от них нужно было тянуть через машину провода прямо до кнопки, красующейся в панели приборов. Шли годы, электрических наворотов становилось все больше, провода становились все длиннее, и наконец вся машина оказывалась опутанной многими километрами проводов, уложенных жгутами толщиной в руку. Когда была реализована идея шины CAN, нагреватели сидений и управляющий ими выключатель уже не нуждались в связи между собой посредством какого-то отдельного провода. Теперь они могут просто «переговариваться» через единую автомобильную шину CAN, не преумножая электрических хитросплетений.
Что на самом деле потребуется – так это добавочные усилия программистов, которые организуют взаимодействие всех устройств. В том-то и состоит вся революция: сложность физико-механическая уступила место сложности идейной и программной. Внедрение шины CAN поставило перед программированием новые масштабные задачи, но вместе с ней в автопром пришло множество новых позитивных сдвигов. Потребитель заметно выиграл в деньгах, машины стали намного легче, снизилась зависимость от поставщиков меди и резины, а главное, вся система стала существенно более надежной, потому что чем меньше проводов, тем меньше вероятность обрывов. Все перечисленные преимущества – это прогресс в чисто техническом плане, но самый глубокий эффект от этого нововведения оказался сугубо идейным. Это совершенно новый подход к диагностике автомобиля и обновлению программного обеспечения.
Машина, излечись!
Однако главным основанием для разработки шины CAN была вовсе не экономия на километрах проводки. Дело в другом. К концу 1970-х годов были, наконец, окончательно сформулированы технические требования, связанные с охраной окружающей среды. Национальная администрация безопасности движения на шоссейных дорогах (NTHSA) совместно с Комитетом по воздушным ресурсам штата Калифорния разработали методики для проверки эффективности автомобильных систем снижения вредных выбросов в атмосферу. Эти директивные документы повлекли за собой стандартизацию протокола «бортовой диагностики» – OBD. Сейчас мы имеем дело с этим же протоколом, но уже второго поколения, обозначаемым OBD-II.
Согласно этим требованиям в целях самодиагностики все датчики двигателя должны быть связаны между собой посредством шины CAN. При наличии такой связи специально выделенный ECU может постоянно следить за информационным потоком, вылавливая из шины аварийные сообщения в форме кодов OBD-II. Получив сообщение о какой-либо проблеме, этот ECU переформулирует его в алфавитно-цифровом коде и включает на торпеде лампочку «Check engine». На современных машинах подобная самопроверка выполняется непрерывно в течение всего времени, пока работает двигатель. Если у вас имеется портативный считыватель кодов (см. врезку «Цифровая диагностика»), вы можете залезть под торпеду со стороны водителя, подключиться к 16-контактному разъему вывода данных и прочитать все коды неисправностей. После этого загляните в интернет, где легко найдете расшифровку этим кодам или по крайней мере подсказку, что делать дальше.
Тот же самый разъем окажется очень кстати, если вдруг производитель обнаружит какой-то глюк в софте вашего автомобиля или придумает, как еще можно оптимизировать его работу. Допустим, разработали новый алгоритм, обеспечивающий более мягкое переключение передач. Теперь задача модернизации всех уже проданных автомобилей вашей серии решается очень просто – механик из дилерского центра подключает свой компьютер к тому же самому разъему и скачивает в вашу сеть новые программы. А ведь в прежние эпохи, до внедрения шины CAN, это означало бы физическую замену соответствующих контроллеров.
по материалам popmech.ru