Энергия автомобиля при торможении выделяется в основном на тормозных колодках

Как известно, мощность двигателя в основном определяется кубатурой цилиндров ДВС, в связи с чем, в автостроении основным критерием классификации ДВС является объем цилиндров. Поэтому, руководствуясь заданным объемом цилиндра, конструкторы стараются получить максимальную мощность на валу путем оптимизации всех функциональных узлов автомобиля.

При проведении спортивных соревнований зачастую доли процента дополнительной мощности двигателя решают исход дела. Однако совершенство современных автомобилей настолько высоко, что малейшее увеличение мощности дается с большим трудом и достигается зачастую в ущерб комфорту и безопасности.

Другой способ увеличить мощность двигателя практически в 4 раза можно реализовать, используя энергию торможения даже при нормальных оборотах двигателя. Такая возможность может появиться, если кардинально пересмотреть работу ДВС и изменить схему работы клапанов. На спортивных соревнованиях, как и при езде по городу, водителю особенно часто приходиться тормозить и вновь набирать скорость. При этом энергия автомобиля при торможении выделяется в основном на тормозных колодках. Если эту энергию сохранить и использовать при последующем разгоне, то можно значительно повысить ходовые характеристики автомобиля, многократно увеличивая мощность на наиболее сложных участках дороги. Как правило, это режим набора скорости после торможения, при обгоне, подъеме участка дороги и др.

Использование повышенной мощности на этапе разгона также благоприятно может сказаться на безопасности движения и оказаться полезным на спортивных состязаниях.

Из физики известно, что энергия, запасенная автомобилем, пропорциональна массе и квадрату скорости. При торможении вся эта энергия выделяется в основном на тормозных колодках, нагревает колесо и далее сдувается встречным ветром. С другой стороны, после торможения зачастую приходится вновь набирать скорость, что требует увеличения мощности и дополнительного расхода топлива. В данном случае разумней накопить энергию торможения и использовать ее при последующем разгоне.

Такая схема реализуется в электроприводном транспорте, где силовой электродвигатель переводится в режим электрогенератора и энергия движения трамвая или троллейбуса передается в сеть. При этом обеспечивается экономия энергии и эффективное торможение. К сожалению, такого ёмкого аккумулятора, как городская электрическая сеть у автомобиля нет, поэтому единственным потребителем энергии для эффективного торможения может служить лишь компрессор, который в ДВС в отдельный конструктивный узел не выделен.

Достигнуть такого режима работы можно, если изменить схему связи клапанов с коленчатым валом. А именно, необходимо разорвать жесткую связь коленчатого вала с клапанами, убрав распределительный вал, а управление обеспечить через бортовой компьютер, связанный с электромагнитными клапанами и пневмоусилителями. Электромагнитные клапаны давно прорабатываются конструкторами автомобилей, однако усилие на клапан в ДВС достаточно большое, и они получаются слишком громоздкими.

Чтобы схема была компактной и могла поместиться в габариты двигателя, предлагается установить дополнительно пневматические усилители. В этом случае схема, несмотря на технологические сложности, получается легкой, компактной и может быть установлена на традиционном месте вместо распределительного вала или в головке блока.

Если рассмотреть работу ДВС, то можно заметить, что в четырехтактном двигателе два такта используются для подготовки сжатого воздуха, один такт является рабочим, и один такт освобождает цилиндр от отработанных газов. Т.е. в первый оборот коленчатого вала ДВС работает как компрессор, а на втором обороте происходит преобразование энергии сжатого газа.

Новая схема электронного управления с электромеханическими пневмоприводными клапанами способна переключать цилиндры двигателя в режим компрессора или преобразователя. Если при ходе поршня вниз открыть клапан на всасывание, а при ходе вверх открыть выпускной клапан, то цилиндр будет работать в режиме компрессора и накачает воздух в дополнительный ресивер.

В режиме преобразователя энергии в верхней мёртвой точке цилиндра в камеру сжатия под давлением впрыскивается топливная смесь и поджигается, при этом оба клапаны закрыты, поршень идет вниз, совершая рабочий ход. Далее поршень идет вверх, открывается выпускной клапан и отработанный газ уходит из цилиндра. В этом режиме цилиндр работает как преобразователь.

Наличие сжатого воздуха в резервном ресивере позволяет перевести все цилиндры двигателя в режим преобразователя, для работы которого требуется лишь два такта. В результате, мощность двигателя увеличивается вдвое, поскольку вдвое увеличится количество рабочих ходов. Как правило, мощность, которую тратит двигатель на два такта работы компрессора, так же составляет около 50% штатной мощности ДВС.

При использовании готового сжатого газа расход энергии на компрессор не происходит, и полезный выход увеличивается еще в два раза относительно двух рабочих тактов на оборот. В итоге, увеличение расхода топлива в два раза и экономия энергии на компрессоре при штатных оборотах двигателя увеличивает мощность ДВС в режиме разгона автомобиля примерно в 4 раза относительно штатной мощности.

Если потребности в выделении большой мощности отсутствует, то энергия торможения идет на экономию топлива при езде с частым торможением в условиях города или при частых подъемах и спусках по пересеченной местности.

Такая схема, безусловно, технологически более сложная и требует изменить схему связи клапанов с валом, а также внести несколько дополнительных клапанов и ресивер, но увеличение мощности в 4 раза на ответственных участках дороги, связанных с безопасностью движения и экономия топлива способны с лихвой окупить такую доработку ДВС.

С.А. Понятовский, С. И. Джаншиев

Журнал "СЕВЕР промышленный" № 12 2008