Циклический характер работы двс один из его недостатков, но вместе с тем именно благодаря ему в двс реализуются высокие максимальные температуры и давления (стр. 9 из 27)

Новый сплав AISi7MgCuNiFe обладает усталостной прочностью на 20% выше, чем у также нового сплава AISi8Cu3, и приближается к аналогичному значению, присущему серому чугуну.

- Была также разработана, несмотря на чрезвычайно ограниченные возможности, оригинальная конструкция головки с измененной формой водяной рубашки (рис.6.2.1) для 8-цилиндрового V-образного двигателя TDI с рабочим объемом 4,0 л фирмы Audi.

Гибридные блоки

Фирма Audi демонстрирует путь, который, по ее мнению, позволит конструктивно сочетать легкие материалы, например, магний, с новыми материалами, более прочными при высоких температурах, что в будущем позволит создать гибридные блоки цилиндров, обеспечивающие создание высокофорсированных двигателей с малой массой.

Аналогичную разработку гибридного блока провела фирма BMW для своего 6-цилиндрового рядного бензинового двигателя.

Учитывая, что разработка гибридного блока осуществлялась с учетом серийного его производства, фирма Audi считает возможным уже в настоящее время осуществить разработку двигателя литровой мощностью более 67 кВт/л с гибридным блоком, пригодного для серийного производства.

Основные усилия разработчиков были направлены на создание гибридного блока, включающего магний и алюминий. На рис.6.2.2 показан такой гибридный блок двигателя. Центральным элементом конструкции гибридного блока является алюминиевая вставка, представленная на рис.6.2.3. Некоторые конструктивные особенности гибридного блока показаны на рис. 6.2.4.

Puc. 6.2.2. Алюминиевая вставка 4-илиндрового двигателя фирмы Audi: 1 — резьбовое отверстие для крепления головки цилиндров; 2 — водяная рубашка; 3 — зеркало цилиндра; 4 — подвод охлаждающей жидкости к турбокомпрессору; 5 — установочные выемки магниевой части блока; 6 — внутренняя резьба для крепления коренного подшипника

Рис. 6.2.3. Двигатель в сборе с гибридным блоком: 1 —алюминиевая вставка; 2 — магниевая часть блока; 3 — выемки вставки, заполненной магнием; 4 — магниевая опорная плита

Вставка из заэвтектического алюминиевого сплава AISi17Cu4 изготовлена литьем в кокиль.


Рис.6.2.4. Внутренняя алюминиевая часть блока с гильзами и верхними половинами коренных подшипников	Рис. 6.2.5.Опорная (постельная ) плита

Применяя магний в двигателе, необходимо учитывать, что у него более низкие модуль упругости и сопротивление ползучести, особенно при высоких температурах, выше 120°С; магний непригоден Для использования в качестве трущегося материала и недопустим его контакт с охлаждающей жидкостью.

Поэтому в принятой моноблочной конструкции алюминиевой вставки расположена вся система охлаждения двигателя. Для охлаждения турбокомпрессора предусмотрен специальный отводной патрубок, проходящий через магниевую часть блока двигателя, тем самым исключается ее контакт с жидкостью.

Магниевая оболочка и вся нижняя часть блок-картера литые. Толщина стенки магниевой оболочки вокруг алюминиевой вставки составляет около 4 мм.

Многочисленные выемки и отверстия в алюминиевой вставке обеспечивают хорошее механическое соединение вставки с магниевой оболочкой. В дополнение к этим элементам крепления наружная поверхность вставки покрывается материалом AISH2, который обеспечивает хорошее сцепление алюминиевой вставки с магниевой оболочкой.

Перед разработчиками остро стояла задача выбора магниевого сплава. Общепринятые магниевые сплавы типа AZ91 или АМ50 могли работать до температур порядка 130°С. В связи с этим фирма Volkswagen, совместно с израильским магниевым научно-исследовательским институтом, проводит в настоящее время научно-исследовательскую работу по увеличению полезного температурного диапазона магниевых литейных сплавов.

цилиндров. После расточки цилиндров производится хонингование их зеркал. Разработанные ими первые магниевые сплавы MRI 153M MRI 230D способны работать при температурах до 200°С.

Большое значение было уделено резьбовым соединениям, были разработаны алюминиевые винты из сплава АА6056, которые уменьшили контактную коррозию, что наряду с выбором оптимальной высоты профиля резьбы обеспечило надежное крепление при меньшей массе винтов.

В целом, учитывая наличие жесткой опорной магниевой плиты (видна на рис.6.2. 3), весь гибридный блок получился очень прочным. Более низкие модуль упругости и сопротивление ползучести в значительной степени были компенсированы принятой конструкцией.

Таблица 6.2.1

Параметры	1.8
Рабочий объем, см³	1781
Диаметр цилиндра, мм	81
Ход поршня, мм	86,4
Мощность, кВт	120
Частота вращения при М_етах, мин'¹	5700
Крутящий момент, Нм	225
Частота вращения при М_етах., мин"¹	1950-4700
Масса, кг	122
Литровая мощность, кВт/л	67
Удельный крутящий момент, Нм/л	125
Удельная масса, кг/л	1,02
Степень сжатия	9,5
Расстояние между цилиндрами, мм	88
Толщина перемычки между цилиндрами, мм	7
Высота блока, мм	220
Высота опорной плиты, мм	91
Длина шатуна, мм	144
Диаметр шатунных подшипников, мм	47,8
Диаметр коренных подшипников, мм	48
Ширина коренных подшипников, мм	20

В результате фирме Audi удалось на базе известного серийного 4-цилиндрового бензинового двигателя рабочим объемом 1,8 л создать новый двигатель с гибридным магниевым блоком цилиндров, его основные параметры приведены в табл.1.

Так же как и базовый двигатель, новый оснащен турбокомпрессором и пятью клапанами на цилиндр (три из них впускные). Впрыскивание топлива осуществляется во впускной канал головки

Мощность двигателя с легким гибридным блоком сохранена равной мощности серийного базового двигателя с чугунным блоком. Поэтому литровая мощность и удельный крутящий момент у этих двигателей одни и те же. В то же время применение гибридного блока обеспечило снижение массы двигателя на 23 кг.

Кроме того, проведенные расчетные и экспериментальные исследования показали, что двигатель с гибридным блоком создает существенно меньший шум.

Длительные (1000 ч) испытания двигателя с магниевым гибридным блоком прошли успешно и показали, что применение гибридного блока позволит создавать более мощные двигатели с одновременным использованием легкого блока.

7. Лазерная обработка гильзы цилиндров дизеля.

60% от общей величины трения в дизелях составляет трение в паре поршневые кольца и гильза цилиндра. Проблеме уменьшения этих потерь были посвящены исследования, проведенные организацией Lambda Physik совместно с фирмой Audi.

Разработана новая методика обработки гильзы с использованием лазера, в результате которой значительно уменьшается величина трения.

В основе процесса лежит азотирование поверхности гильзы и воздействие на нее лазером в ультрафиолетовом диапазоне, вместо применяемого инфракрасного диапазона, при котором твердость поверхности гильзы увеличивается.

Лазерное азотирование по новой технологии создает также твердый мартенситовый слой, богатый азотом и крошечными микроскважинами, которые удерживают масло, обеспечивая хорошие трибологические свойства поверхности гильзы (рис.10).

При обычной механической обработке гильзы хонингованием на ее поверхности образуются связанные между собой микроуглубления (микроканалы), по которым происходит вытекание масла с поверхности гильзы, в то время как при лазерной обработке масло сохраняется в изолированных микроскважинах.


а)	б)

Рис. 7.1. Хонингование (а) и лазерная обработка (б)гильзы цилиндров

1 — перемещение поршневого кольца; 2 — микроканалы; 3 — микроскважины

Во время лазерного воздействия на гильзу азот подается в газообразном состоянии.

Эти исследования проводились с лазером Lamda Steel 1000, длина волны принималась короткой, равной 0,3 мкм.

Исследования лазерного азотирования проводились на 4-цилиндровом дизеле с турбонаддувом рабочим объемом 1.9 л. По сравнению с обычной технологией обработки гильзы хонингованием износ ее поверхности уменьшился на 23-89% и на 30-88% — износ поршневых колец при работе на частотах вращения 3500-4000 мин^-1.