Статьи по теме "Двигатель"

Неисправности кривошипно-шатунного механизма

Неисправности кривошипно-шатунного механизма – самые серьезные неисправности двигателя. Их устранение очень трудоемкое и затратное, так как, зачастую, предполагает проведение капитального ремонта двигателя.

К неисправностям кривошипно-шатунного механизма относятся:

  • износ коренных и шатунных подшипников;
  • износ поршней и цилиндров;
  • износ поршневых пальцев;
  • поломка и залегание поршневых колец.

Основными причинами данных неисправностей являются:

  • выработка установленного ресурса двигателя;
  • нарушение правил эксплуатации двигателя (использование некачественного масла, увеличение сроков технического обслуживания, длительное использование автомобиля под нагрузкой и др.)

Практически все неисправности кривошипно-шатунного механизма (КШМ) могут быть диагностированы по внешним признакам, а также с помощью простейших приборов (стетоскопа, компрессометра). Неисправности КШМ сопровождаются посторонними шумами и стуками, дымлением, падением компрессии, повышенным расходом масла.

Внешние признаки и соответствующие им неисправности КШМ

Признаки
Неисправности
  • глухой стук в нижней части блока цилиндров (усиливается при увеличении оборотов и нагрузки);
  • снижение давления масла (горит сигнальная лампа)
износ коренных подшипников
  • плавающий глухой стук в средней части блока цилиндров (усиливается при увеличении оборотов и нагрузки, пропадает при отключении соответствующей свечи зажигания);
  • снижение давления масла (горит сигнальная лампа)
износ шатунных подшипников
  • звонкий стук (стук глиняной посуды) на холодном двигателе (исчезает при прогреве);
  • синий дым отработавших газов
износ поршней и цилиндров
  • звонкий стук в верхней части блока цилиндров на всех режимах работы двигателя (усиливается при увеличении оборотов и нагрузки, пропадает при отключении соответствующей свечи зажигания)
износ поршневых пальцев
  • синий дым отработавших газов;
  • снижение уровня масла в картере двигателя;
  • работа двигателя с перебоями
поломка и залегание колец

При диагностировании износа коренных и шатунных подшипников дальнейшая эксплуатация автомобиля категорически запрещена. В остальных случаях с максимальной осторожностью необходимо выдвинуться в гараж или автосервис.

Система изменения степени сжатия

Степень сжатия – важная характеристика двигателя внутреннего сгорания, определяемая отношением объема цилиндра при нахождении поршня в нижней мертвой точке к объему в верхней мертвой точке (объему камеры сгорания). Повышение степени сжатия создает благоприятные условия для воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси и, соответственно, эффективного использования энергии. Вместе с тем, работа двигателя на разных режимах и разных топливах предполагает разную величину степени сжатия. Эти свойства в полной мере используются системой изменения степени сжатия.

Система обеспечивает повышение мощности и крутящего момента двигателя, снижение расхода топлива и вредных выбросов. Основная заслуга системы изменения степени сжатия в способности работы двигателя на разных марках бензина и даже разных топливах без ухудшения характеристик и детонации.

Создание двигателя с переменной степенью сжатия достаточно сложная техническая задача, в решении которой существует несколько подходов, заключающихся в изменении объема камеры сгорания. В настоящее время имеются опытные образцы таких силовых установок.

Пионером в создании двигателя с переменной степенью сжатия является фирма SAAB, представившая в 2000 году пятицилиндровый двигатель внутреннего сгорания, оборудованный системой Variable Compression. В двигателе использована объединенная головка блока цилиндров с гильзами цилиндров. Объединенный блок с одной стороны закреплен на валу, с другой взаимодействует с кривошипно-шатунным механизмом. КШМ обеспечивает смещение объединенной головки от вертикальной оси на 4°, чем достигается изменение степени сжатия в пределе от 8:1 до 14:1.

Необходимое значение степени сжатия поддерживается системой управления двигателем в зависимости от нагрузки (при максимальной нагрузке – минимальная степень сжатия, при минимальной – максимальная степень сжатия). Несмотря на впечатляющие результаты двигателя по мощности и крутящему моменту, силовая установка не пошла в серию, а работы по ней в настоящее время свернуты.

Более современной разработкой (2010 год) является 4-х цилиндровый двигатель от MCE-5 Development объемом 1,5 л. Помимо системы изменения степени сжатия двигатель оснащен другими прогрессивными системами – непосредственного впрыска и изменения фаз газораспределения.

Схема двигателя с переменной степенью сжатия MCE-5

Конструкция двигателя предусматриваетнезависимое изменение величины хода поршня в каждом цилиндре. Зубчатый сектор, выполняющий роль коромысла, с одной стороны взаимодействует с рабочим поршнем, с другой – с поршнем управления. Коромысло рычагом соединено с коленчатым валом двигателя.

Зубчатый сектор перемещается под действием поршня управления, выполняющего роль гидроцилиндра. Объем над поршнем заполнен маслом, объем которого регулируется клапаном. Перемещение сектора обеспечивает изменение положения верхней мертвой точки поршня, чем достигается изменение объема камеры сгорания. Соответственно изменяется степень сжатия в пределе от 7:1 до 20:1.

Двигатель MCE-5 имеет все шансы попасть в серию в ближайшей перспективе.

Еще дальше в своих исследованиях пошел Lotus Cars, представив двухтактный двигатель Omnivore (дословно – всеядное животное). Как заявлено, двигатель способен работать на любом виде жидкого топлива – бензин, дизельное топливо, этанол, спирт и др.

В верхней части камеры сгорания двигателя выполнена шайба, которая перемещается эксцентриковым механизмом и изменяет объем камеры сгорания. С такой конструкцией достигается рекордная степень сжатия 40:1. Тарельчатые клапаны в газораспределительном механизме двигателя Omnivore не используются.

Дальнейшее развитие системы сдерживает низкая топливная экономичность и экологичность двухтактных двигателей, а также их ограниченное применение на автомобилях.

Система управления цилиндрами

Система управления цилиндрами (другое наименование –система дезактивации цилиндров) предназначена для изменения рабочего объема двигателя за счет выключения из работы части цилиндров. Применение системы обеспечивает снижение расхода топлива до 20% и уменьшение вредных выбросов с отработавшими газами.

Предпосылкой разработки системы управления цилиндрами явился типовой режим эксплуатации автомобиля, при котором максимальная мощность используется до 30%. Таким образом, большую часть времени двигатель работает с неполной нагрузкой. В этих условиях дроссельная заслонка почти закрыта, а двигатель должен втягивать необходимое количество воздуха для работы. Это приводит к т.н. насосным потерям и дальнейшему снижению эффективности.

Система управления цилиндрами позволяет при небольшой нагрузке на двигатель дезактивировать часть цилиндров, при этом для обеспечения необходимой мощности открывается дроссельная заслонка. В большинстве случаев система дезактивации цилиндровприменяется на многоцилиндровых мощных двигателях (6, 8, 12 цилиндров), работа которых особенно неэффективна при небольших нагрузках.

Для того, чтобы выключить из работы конкретный цилиндр нужновыполнить два условия – перекрыть доступ воздуха и выпуск отработавших газов (закрыть впускной и выпускной клапаны) и перекрыть подачу топлива в цилиндр.

Регулирование подачи топлива в современных двигателях осуществляется с помощью электромагнитных форсунок с электронным управлением. Удержание в закрытом состоянии впускных и выпускных клапанов в конкретном цилиндре является достаточно сложной технической задачей, которую разные автопроизводители решают по своему. Среди многообразия технических решений можно выделить три подхода:

  • применение толкателя специальной конструкции (системы Multi-Displacement System, Displacement on Demand);
  • возможность выключения коромысла (системы Active Cylinder Control, Variable Cylinder Management);
  • использование кулачков распределительного вала разной формы (система Zylinderabschaltung).

Принудительная дезактивация цилиндров помимо неоспоримых преимуществ имеет ряд недостатков, среди которых дополнительные нагрузки на двигатель, вибрации и нежелательный шум.

Для предупреждения дополнительных нагрузок на двигатель в камере сгорания выключенного двигателя остается заряд отработавших газов от предыдущего рабочего цикла. Газы сжимаются при движении поршня вверх и давят на поршень при его движении вниз, тем самым обеспечивается уравнительный эффект.

Впервые система управления цилиндрами была применена в 1981 году на автомобилях Cadillac. Система имела электромагнитные катушки, установленные на коромыслах. Срабатывание катушки обеспечивало неподвижность коромысла, а клапаны при этом под действием пружин были закрыты. В системе отключались противоположные пары цилиндров. Управление работой катушки осуществлял электронный блок. Информация о числе находящихся в работе цилиндров выводилась на панель приборов. Система не получила широкого признания, так как имела проблемы с подачей топлива во все цилиндры, в том числе и выключенные.

Система Active Cylinder ControlACC применялась на автомобилях Mercedes-Benz с 1999 года. Закрытие клапанов цилиндров обеспечивало коромысло особой конструкции, состоящее из двух рычагов, соединенных фиксатором. В рабочем положении фиксатор соединяет два рычага в единое целое. При дезактивации – фиксатор освобождает соединение и каждый из рычагов получает возможность двигаться самостоятельно. Клапаны, при этом, под действием пружин закрыты. Перемещение фиксатора осуществляется давлением масла, которое регулирует специальный электромагнитный клапан. Топливо в отключаемые цилиндры не подается.

Для сохранения характерного звука работы многоцилиндрового двигателя при выключенных цилиндрах в выпускной системе установлен управляемый электроникой клапан, при необходимости изменяющий размер сечения выпускного тракта.

Система Multi-Displacement System,MDS устанавливается на автомобилях Chrysler, Dodge, Jeep с 2004 года. Система активируется (отключает цилиндры) при скорости свыше 30 км/ч и частоте вращения коленчатого вала двигателя до 3000 об/мин.

В системе MDS используетсятолкатель особой конструкции, который обеспечивает при необходимости разъединение распределительного вала и клапана (авторское название, дословно – устройство потери движения). В определенное время в толкатель под давлением подается масло и выдавливает блокирующий штифт, тем самым дезактивирует толкатель. Регулирование давления масла производится с помощью электромагнитного клапана.

Другая система управления цилиндрами Displacement on Demand,DoD (дословно – перемещение по требованию) аналогична предыдущей системе. Система DoD устанавливается на автомобили General Motors с 2004 года.

Отдельное место среди систем дезактивации цилиндров занимает система Variable Cylinder ManagementVCM от Honda, применяемая с 2005 года. При равномерном движении на небольшой скорости система VCM отключает один блок цилиндров V-образного двигателя (3 цилиндра из 6). При переходном режиме от максимальной мощности двигателя к неполной нагрузке система обеспечивает работу 4 цилиндров из шести.

Конструктивно система VCM базируется на системе изменения фаз газораспределения VTEC. Основу системы составляют коромысла, взаимодействующие с кулачками различной формы. При необходимости коромысла включаются или выключаются из работы блокирующим механизмом (фиксатором).

В помощь системе VCM положены другие системы. Система Active Engine Mounts регулирует величину вибраций двигателя. Система активного шумоподавления Active Sound Control позволяет избавиться от нежелательный шумов в салоне автомобиля.

Система ZylinderabschaltungZAS планируется к использованию на автомобилях концерна Volkswagen с 2012 года. Объектом установки системы является двигатель TSI объемом 1,4 литра. Система ZAS обеспечивает отключение двух цилиндров из четырех в пределе 1400-4000 об/мин.

Конструктивно система ZAS базируется на системе изменения фаз газораспределения Audi Valvelift System, использующей в своей работе кулачки различной формы и скользящую муфту для переключения между кулачками.

Статьи по теме