Устройство современного двигателя

2 Чип-тюнинг дизеля – 3 главных вопроса

Прежде чем рассмотреть в подробностях различные возможности для чип-тюнинга дизелей на современных автомобилях, необходимо ответить на три основных вопроса, которые, как правило, возникают у владельцев современных автомобилей, причем неважно, собираетесь ли вы делать перепрограммирование своими руками или обратитесь для этого к профессионалам. Последний способ считается более эффективным, а главное – полностью безопасным для дальнейшей работы двигателя

Всех, как правило, интересует,  что необходимо для того, чтобы осуществить прирост мощности, каков реальный показатель этого прироста, и каким образом программный чип-тюнинг дизельных двигателей влияет на их ресурс. Как уже было отмечено, дизельный двигатель, как, впрочем, и бензиновый, управляется электронным блоком, который содержит в себе специальный микропроцессор с определенной производителем программой, которая контролирует работу двигателя и основных систем.

Таким образом, ЭБУ контролирует такие системы двигателя, как шатунный механизм, систему непосредственного впрыска топлива, а также степень подачи воздуха в камеру сгорания. Электронный блок управления получает информацию со специально установленных на этих механизмах  датчиков, которые запрограммированы на определенное поведение двигателя в различных режимах эксплуатации. Следовательно, изменение программной прошивки ведет к изменению поведения двигателя, что и является понятием чип-тюнинг.

О минусах

Первый фактор – это ресурс. Он касается только современных двигателей. К примеру, на автомобилях «Фольксваген» с мотором 1,2 цепь выхаживает не более 50 тысяч километров. Это меньше, чем у ременной передачи. Последняя служит порядка 80 тысяч. Плюс ко всему дорогостоящий ремонт. Заменить ремень можно самостоятельно.

А вот снимать цепь при отсутствии опыта будет крайне сложно. Следующий недостаток – это шумность. Такие агрегаты на порядок шумнее, даже когда цепь не вытянута. Ремень же изготовлен из резинотканевых материалов. Он более мягко прилегает на шкив и беззвучно работает. Теперь о гидравлических натяжителях, которые используются в цепном приводе. Эти детали очень требовательны к качеству и уровню масла. Если ваш двигатель подъедает смазку, стоит чаще проверять щуп, иначе жидкость не поступит в натяжитель и цепь перескочит на зуб. Чем качественнее масло, тем дольше он прослужит.

Устройство и принцип действия механизма газораспределения

В бензиновых и дизельных двигателях применяется механизм газораспределения клапанного типа, сейчас уже, в основном, с верхним расположением клапанов. Это значит, что клапаны находятся сверху, в головке блока цилиндров, как показано на рисунке 4.8.

Так, при верхнем расположении клапаны с пружинами и деталями их крепления установлены в направляющих втулках в головке блока цилиндров, в которой также отлиты впускные и выпускные каналы.

Рисунок 4.8 Головка блока цилиндров с газораспределительным механизмом.

Усилие от кулачков распределительного вала, расположенного здесь же – в головке блока, к клапанам передается с помощью толкателей и/или коромысел. Коромысла установлены шарнирно на оси, закрепленной на головке блока. Клапаны на головке закрыты крышкой.

О тепловом зазоре

Между стержнем клапана, толкателем или концом коромысла газораспределительного механизма должен быть зазор (так называемый тепловой зазор), который необходим для компенсации удлинения стержня клапана при его нагревании без нарушения плотности посадки клапана в гнезде. Другими словами, если бы не было зазора, грубо говоря, между кулачком распредвала и клапаном, то от нагрева до высокой температуры, клапан увеличился бы в длину и перестал бы плотно прилегать к седлу в головке блока цилиндров.

Величина зазора для двигателей разных марок устанавливается для впускных клапанов в холодном состоянии в пределах 0,15—0,30 мм, а для выпускных клапанов, подвергающихся большему нагреву, — в пределах 0,20—0,40 мм. Однако же, у некоторых производителей зазор может быть таков, что не попадет в указанные диапазоны.

Для регулировки величины этого зазора в механизме предусмотрены регулировочные устройства. Хотя слово «устройство» слишком громкое для регулировочного болта и стопорной гайки (Рисунок 4.9) или шайб различной толщины (Рисунок 4.10).

Рисунок 4.9 Регулировка теплового зазора с помощью болта.

Рисунок 4.10 Регулировка теплового зазора с помощью шайб(А – головка блока цилиндров без распределительного вала;Б – головка блока цилиндров с распределительным валом).

Сейчас очень распространена конструкция с гидравлическими компенсаторами, которые под давлением масла подводят коромысло или толкатель к кулачку распределительного вала, убирая тем самым негативное последствие теплового зазора, а именно — удар кулачка о толкатель во время работы. Но стоит упомянуть, что установка гидрокомпенсаторов удорожает конструкцию головки блока цилиндров и повышает свои требования к качеству используемого моторного масла и к частоте его замены, поскольку масляные каналы компенсатора могут забиваться продуктами износа.

Примечание
Более подробно о гидрокомпенсаторах приведено ниже.

Предварительно о распределительном вале

Примечание
Почему предварительно? Потому что для целостности восприятия данного раздела о распределительном вале необходимо сказать несколько слов, а более подробное описание данной детали будет дано ниже.

Правильность чередования различных тактов в цилиндрах двигателя достигается соответствующим расположением кулачков на распределительном валу, а также правильностью установки зацепления распределительных шестерен/шкивов с приводной шестерней/шкивом коленчатого вала.

В четырехтактном двигателе рабочий цикл во всех цилиндрах завершается за два оборота коленчатого вала. За это время в каждом цилиндре должны по одному разу открыться и закрыться впускной и выпускной клапаны, что происходит за каждый оборот распределительного вала. Таким образом, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого вала. Для этого шестерня распределительного вала имеет вдвое большее число зубьев, чем шестерня коленчатого вала, либо же шкив по диаметру должен быть в два раза больше шкива коленчатого вала.

Достоинства цепного привода ГРМ

1. Увеличенный ресурс. Цепь ГРМ может прослужить вам до 200 000 километров пробега. Однако все же хотя бы изредка не забывайте проверять ее натяжение.
2. Возможность работы в критических условиях. Именно поэтому объемистые и мощные автомобили оснащают обычно цепным приводом ГРМ.

Основные неисправности газораспределительного механизма

Внешними признаками неисправности ГРМ являются: уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, падение мощности двигателя и металлические стуки.

Уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, а также падение мощности двигателя возможно вследствие плохого прилегания клапанов к седлам. Плохое прилегание клапана к седлу происходит вследствие отложения нагара на клапанах и седлах, образования раковин на рабочих поверхностях, коробления головок клапанов, поломки клапанных пружин, заедания стержня клапана в направляющей втулке, а также отсутствия зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом).

Падение мощности двигателя и резкие металлические стуки могут происходить вследствие неполного открытия клапанов. Эта неисправность возникает из-за большого теплового зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом) или отказа гидрокомпенсаторов.

К неисправностям ГРМ также относят износ шестерен распредвала и коленвала, направляющих втулок клапанов, втулок и осей коромысел, а также увеличенное осевое смещение распредвала.

Отличительные черты поломок ГРМ

1. Наблюдается снижение мощности двигателя;
2. Неравномерность работы мотора авто;
3. Машина начинает потреблять больше топлива;
4. Доносящийся стук клапанов.

Когда в двигателе падает мощность, это указывает на нарушенную регулировку тепловых зазоров
и неполное прилегание клапанов к седлам. Если тепловой зазор больше требуемого,
тогда это провоцирует повышенные ударные нагрузки на клапан-седло.
При уменьшении зазоров просматривается разгерметизация двигательных цилиндров и наблюдается стук клапанов.
Это возникает в следствие образования нагара на сопряжении клапан-седло либо
из-за неправильной регулировки газораспределительного механизма. Если же кроме падения мощности
повышается вибрация двигателя, тогда причина может крыться в удлиненном ремне привода ГРМ.

Чаще всего автовладельцев волнует вопрос при обслуживании системы ГРМ
это зазоры и клапана.

Когда происходит разгерметизация в цилиндрах, наблюдается повышенное потребление автомобилем топлива,
неравномерная работа мотора с одновременным снижением его мощности. Не равномерная работа двигателя может наблюдаться,
если пружины клапанов ГРМ теряют свою упругость, так же при износе распредвала, шестеренок и толкателей.

Цепной привод

Цепь ГРМ отличает более высокая надежность по сравнению с ременным и приводом через шестерню от коленчатого вала. Превосходство в надежности достигается за счет использования натяжителя, действующего с большим усилием по сравнению с ремнем. Обслуживание цепного привода производится достаточно редко, что положительным образом сказывается на стоимости владения автомобилем. Цепной привод обладает большим ресурсом надежности в сравнении с ременным.
К явным отрицательным сторонам данного типа привода ГРМ относится его шумная работа, в связи с этим мировые производители постепенно отказываются от производства автомобилей с данным типом привода ГРМ, несмотря на все его неоспоримые достоинства.

Mercedes

Один из лидеров мирового автомобилестроения представляет модели с цепным приводом ГРМ практически во всех классах (в списках – обозначение силового агрегата и использующие его модификации).

• A-CLASS — OM 651, в вариантах 901 для A180CDI и 651.901/930 для A220CDI.
• B-CLASS — OM 651, в вариантах 901 для B180CDI, и 651.901/930 для B220CDI.
• C-CLASS – OM 651 (651.911 для C220CDI; 911/912 для C250CDI; 651.913 для C180CDI); OM 646 (646.811 — C200CDI); OM 642 (642.832 — C300CDI, 642.830/832/834 — C 350, 642.960/961 — C 320CDI, C 350); M 271 (271.820 — C180CGI, C200CGI; 271.952 — C180Kompressor; 271.950 — C200Kompressor, 271.860 — C250CGI), M272 (272.911/912 — C230, 272.947/948 — C280, 272.961/971- C 350, 272.982 — C350CGI).
• CLS – OM 651 (651.924 для CLS250CDI), OM 642 (642.920 — CLS320CDI, 642.853/858/920 — CLS 350), M 272 (272.943 — CLS300, 272.964/985 — CLS 350); M 273 (273.960 — CLS 500), M 113 (113.967 — CLS 500, 113.990 — CLS 55).
• E-CLASS – OM 651 (651.925 для E200CDI, 651.924 для E220CDI, E250CDI, E300CDI), OM 642 (642.850/852 — E300CDI, 642.850/852/858 — E350, 642.850/852/856/858 — E350CDI); M 271 (271.820/271.860 — E200CGI, 271.958 — E200NGT, 271.860/952 — E250CGI), M 272 (272.977/980 — E350, 272.983 — E350CGI); M 273 (273.970/971 — E500).
• G-CLASS – OM 612 (612.965 — G270CDI); OM 606 (606.964 — G300TD); OM 642 (642.970 — G320CDI, 886 — G350CDI); M 112 (112.945- G320); M 113 (113.962/963 — G500, 113.982/993 — G55AMG).
• GL-CLASS – OM 642 (642.820 — GL320CDI, 642.822/826/940 — GL350CDI); M 273 (273.923 — GL450, 273.963 — GL500).
• GLK-CLASS – OM 651(651.913/916 — 200CDI, 651.912 — 220CDI); OM 642 (642.961 — 320CDI, 642.832/835 — 350CDI); M 272 (272.948 — 220CDI, 272.991 — 320CDI).
• M-CLASS – OM 651(651.960 — ML250CDI); OM 642 (642.820/940 — ML280CDI, ML350CDI, 642.940 — ML320CDI, 642.826 — ML350); M 272 (272.967 — ML350); M 273 (273.963 — ML500); M 113 (113.964 — ML500).
• R-CLASS – OM 642 (642.870/872/950 — R280CDI, R300CDI, R350CDI; 642.870/950 — R320CDI); M 272 (272.945 — R280, R300; 272.967 — R350); M 273 (273.963 — R500); M 113 (M113 — R500).
• S-CLASS – OM 651 (651.961 — S250CDI); OM 642 (642.930/642.932 — S320CDI, 642.930 — S350CDI; 642.861/867/868 — S350); M 272 (272.946 — S280, 272.965- S350, 272.974 — S400Hybrid); M 273 (273.922/924 — S450, 273.961 — S 500).

Плюсы и минусы ремня ГРМ

Для передачи крутящего момента ремень в автомобилях стал использоваться сравнительно недавно, что удивительно, поскольку он имеет множество преимуществ:

• благодаря своей эластичности гасит колебания, которые на многоцилиндровых моторах приводят к преждевременному износу коленвала и распредвала;
• работает без шума, не требует смазки, не зависит от температуры двигателя;
• способен подтягиваться механическими натяжителями без влияния на фазы ГРМ;
• обладает низкой стоимостью, прост в диагностике и замене, не требует разборки всего блока двигателя.

Разумеется, у резинового ремня есть определённые недостатки. Прежде всего, он достаточно уязвим к внешним нагрузкам и легко может оборваться. Обрыв ремня, в свою очередь, может привести к удару поршней о клапаны и значительной поломке многих узлов двигателя.

При воздействии воды, моторного масла или низких температур износ ремня значительно ускоряется. Таким образом, ремень ГРМ нуждается в постоянном осмотре и замене при первых признаках изнашивания.

Основные неисправности газораспределительного механизма

Устройство, принцип работы VVT

За угловое смещение распределительного вала отвечает фазовращатель, представляющий собой гидромуфту, работой которой управляет ЭБУ двигателя.

Конструктивно фазовращатель состоит из ротора, который соединен с распредвалом, и корпуса, наружная часть которого является шестерней распределительно вала. Между корпусом гидроуправляемой муфты и ротором находятся полости, заполнение которых маслом приводит к перемещению ротора, а, следовательно, и смещению распредвала относительно шестерни. В полости масло подается по специальным каналам. Регулировка количества поступающего через каналы масла осуществляется электрогидравлическим распределителем. Распределитель представляет собой обычный электромагнитный клапан, который управляется ЭБУ посредством ШИМ-сигнала. Именно ШИМ-сигнал делает возможным плавное изменение фаз газораспределения.

Система управления, в образе ЭБУ двигателя, использует сигналы следующих датчиков:

• ДПКВ (рассчитывается частота вращения коленчатого вала);
• ДПРВ;
• ДПДЗ;
• ДМРВ;
• ДТОЖ.

Системы с разной формой кулачков

Ввиду более сложной конструкции, система изменения фаз газораспределения посредством воздействия на коромысла клапанов кулачков разной формы получила меньшее распространение. Как и в случае с Variable Valve Timing, автоконцерны используют разные обозначения для обозначения схожих по принципу работы систем.

• Хонда — Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (VTEC). Если на двигателе одновременно используется и VTEC, и VVT, то такая система носит аббревиатуру i-VTEC.
• БМВ – Valvelift System.
• Ауди — Valvelift System.
• Тойота — Variable Valve Timing and Lift with intelligence от Toyota (VVTL-i).
• Митсубиши — Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control (MIVEC).

Принцип работы

Система VTEC от Honda является, пожалуй, одной из самых известных, но и остальные системы работают по схожему типу.

Как вы можете увидеть из схемы, в режиме низких оборотов усилие на клапаны через коромысла передается набеганием двух крайних кулачков. При этом среднее коромысло двигается «вхолостую». При переходе в режим высоких оборотов давлением масла выдвигается запорный шток (блокирующий механизм), который превращает 3 коромысла в единый механизм. Увеличение хода клапанов достигается за счет того, что среднему коромыслу соответствует кулачок распредвала с наибольшим профилем.

Разновидность системы VTEC является конструкция, в которой режимам: низких, средних и высоких оборотов соответствуют разные коромысла и кулачки. На низких оборотах кулачком меньшей формы открывается только один клапан, в режиме средних оборотов два меньших по форме кулачка открывают 2 клапаны, а на больших оборотах наибольший кулачок открывает оба клапаны.

https://youtube.com/watch?v=cXgU-S3KR1g

Крайний виток развития

Ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов позволяет не только изменять фазы газораспределения, но и практически полностью снять с дроссельной заслонки функцию регулирования нагрузки на двигатель. Речь в первую очередь о системе Valvetronic от BMW. Именно специалисты БМВ впервые добились подобных результатов. Сейчас схожими разработками обладают: Toyota (Valvematic), Nissan (VVEL), Fiat (MultiAir), Peugeot (VTI).

В системе Valvetronic количество поступающего в цилиндры воздуха регулируется степенью подъема и продолжительностью открытия клапанов. Реализовать это получилось при помощи внедрения в конструкцию эксцентрикового вала и промежуточного рычага. Рычаг связан червячной передачей с сервоприводом, управляет которым ЭБУ. Изменения положения промежуточного рычага смещает воздействие коромысла в сторону большего или меньшего открытия клапанов. Более подробно принцип работы показан на видео.

Слишком тяжелая

Она в несколько раз тяжелее, нежели ремень. Современные производители делают машины более легкими, экологичными, компактными. Чтобы машина соответствовала новым нормам выхлопа и тратила меньше топлива, они переходят на использование ременного привода.

Что касается самих цепей, их конструкция на данный момент заметно упростилась. Если раньше использовали по три звена, то сейчас применяют всего одно. Также убрали и ролик. Сейчас устанавливают пластинчатые цепи. Ранее в зацепление с ними входили металлические звездочки. Теперь эту функцию выполняют пластиковые шипы. Но, как отмечают отзывы автовладельцев, ресурс у такой системы сократился в разы. В совокупности, такой привод стал легче на 5 килограмм (с учетом облегченного корпуса). Но стоит ли так жертвовать ради веса?

Ременный привод ГРМ

Самый популярный способ передачи вращения от коленчатого вала ДВС распределительному валу — это использование зубчатых или гладких ремней из износостойкой резины.

Преимущества ременной передачи

1. Простота конструкции.
2. Бесшумность в работе.
3. Не требуется смазка.
4. Ремень находится за пределами двигателя.
5. Двигатель с такой передачей по весу легче до 15 кг, чем мотор с цепной передачей.

Благодаря вынесенным шкивам, ремень устанавливается отдельно. Для создания ременного привода ДВС используется зубчатый ремень для сцепления с зубьями шестеренок. Если требуется снять шкив коленвала ДВС, установить его, изучите подробно соответствующий материал. В нем подробно указаны способы снятия и установки. шкива коленчатого вала ДВС.

Недостатки ременной передачи

1. Не надежность. Обрыв ремня происходит, как правило, без признаков, внезапно (если только не осматривать ремень постоянно на наличие повреждений).
2. Короткий срок эксплуатации (в зависимости от производителей, около 60 тыс. км.).
3. Необходимость часто проводить визуальный осмотр ремня на наличие порезов и трещин.
4. При замене ремня, менять и ролики (но это и не такой большой минус).
5. Дешевый ремонт.
6. При заклинивании ролика ремень быстро обрывается.

Продлить срок службы ремня ГРМ можно за счет установки оригинального ремня. Прослужит такой ремень гораздо дольше. (~120 тыс. км.). Желательно водителям заранее знать, на каких двигателях гнет клапана.

Даже, если за 6 лет ремень не рвался и не менялся, то следует заменить, хоть он на вид хороший. Не изношенный ремень изнашивается от устаревания, появляются трещины поперек ремня.

Что в итоге

Как видно, для многих ведущих автопроизводителей выбор и переход исключительного на один или другой тип привода также является не простой задачей. Примечательно, что на разных моделях одного бренда могут быть установлены как моторы с цепью, так и с ремнем ГРМ.

Например, компания BMW, которая долгие годы использовала в конструкции ДВС только цепь, параллельно выпустила ряд моторов с ременным приводом (хорошо известный силовой агрегат M40).

Двигатели оказались вполне надежными, ремни полностью отрабатывали свой ресурс, никаких проблем с приводом и самим механизмом газораспределения в процессе эксплуатации выявлено не было. При этом версии моторов BMW с цепью бывали как удачными (цепь выхаживала без замены до самого капремонта агрегата), так и не особенно надежными, когда цепь требовала дорогостоящей замены уже спустя 80-90 тыс. км. С учетом данной информации не удается ответить на вопрос, что надежнее, цепь или ремень.

Концерн VAG (Volkswagen) на некоторых моделях начального сегмента устанавливает ремни, машины среднего класса оборудуются цепью, однако на мощные и объемные агрегаты производитель также ставит ременной привод. Получается, нельзя также сказать, что ремни можно встретить только на бюджетных версиях автомобилей, тогда как цепь идет на более престижные и дорогие модели.

Схожая ситуация прослеживается и у других автопроизводителей (отечественный автопром, марки из США и Японии). Все это говорит нам о том, что многое зависит не от самого типа привода, а от того, как он выполнен касательно технической части. Также не следует забывать и об особенностях эксплуатации того или иного ТС.

Напоследок отметим, что расширенный анализ преимуществ и недостатков цепного и ременного привода на современных моторах позволяет сделать несколько основных выводов:

• Цепь имеет ряд плюсов только применительно к стабильности работы ДВС. Если точнее, с таким приводом удается более точно настроить фазы газораспределения.
• Что касается ресурса, обслуживания, а также стоимости замены цепи и ремня, затраты на цепной привод в итоге окажутся намного больше (начиная от повышенных требований к качеству масла и заканчивая заменой самой цепи, натяжителя, успокоителя и т.д.).
• Надежность современных ремней ГРМ при их невысокой стоимости выглядит намного более привлекательным вариантом как в плане замены, так и простоты обслуживания.
• На практике своевременная замена ремня и роликов на качественные оригинальные изделия или проверенные аналоги позволяет говорить о достаточной надежности элемента.
• Также не следует верить в огромный ресурс цепи, так как на современных авто зачастую стоит облегченная узкая цепь с небольшим ресурсом. В этом случае нужен постоянный контроль шумов, желательна периодическая проверка натяжителя и успокоителей цепи, а также замена цепного привода по регламенту.

Если учесть высокую стоимость замены, становится понятно, что многие меняют цепь не по пробегу, а только тогда, когда проявляются признаки ее растяжения и другие неисправности. В этом случае будет неправильно говорить о каком-либо преимуществе в плане надежности, так как изношенная цепь может перескочить или ее оборвет в любой момент.

В случае с ремнем, затраты на его покупку и установку относительно небольшие, что позволяет каждому автолюбителю даже с ограниченным бюджетом обслуживать свой автомобиль по регламенту.

• Цепь в конструкции цепного привода ГРМ

  Использование цепи в устройстве привода ГРМ. Роликовая и зубчатая цепь. Натяжитель и успокоитель цепи, особенности эксплуатации цепного привода. Читать далее

• Почему гнутся клапана при обрыве ремня или цепи ГРМ

  Почему гнет клапана при обрыве приводного ремня или цепи: причины обрыва. Как узнать, гнет ли клапана на конкретном бензиновом или дизельном двигателе. Читать далее

• После замены цепи или ремня ГРМ двигатель не…

  Машина не заводится после замены ремня ГРМ, цепи ГРМ или проведения других работ с приводом газорасределительного механизма. Основные причины, рекомендации. Читать далее

• Как самому поменять цепь ГРМ в гаражных условиях

  Почему необходимо менять цепь газораспределительного механизма. Доступные способы самостоятельной замены цепи ГРМ, особенности и нюансы. Полезные советы. Читать далее

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• Как выставить ремень ГРМ при замене элементов привода

  Когда нужно менять приводной ремень механизма газораспределения. Замена ремня ГРМ, выставление по меткам и как это сделать правильно. Советы и рекомендации. Читать далее

• Цепной и ременной привод ГРМ

  Назначение привода ГРМ. Преимущества и недостатки ремня или цепи в конструкции привода газораспределительного механизма двигателя. Читать далее