del libro de V.N. Stepánov
Puesta a punto de motores de automóviles: SPb., 2000. - 82 p.: il.

5. MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE GASES DE ESCAPE
En un automóvil moderno, el sistema de gases de escape (EG) tiene varias funciones importantes:
- ruido sordo durante la descarga de gases de escape a un nivel que no exceda los estándares sanitarios establecidos;
- reducción de la cantidad de componentes tóxicos en los gases de escape a valores que no excedan las concentraciones máximas permitidas.
Junto con el desempeño de estas funciones, el sistema de escape debe proporcionar:
- buena limpieza y purga de los cilindros del motor;
- pérdidas de energía mínimas de los gases de escape en el camino desde las válvulas de escape hasta las palas del aparato de toberas de turbina;
- funcionamiento de la turbina con fluctuaciones mínimas en el flujo de gases de escape.
Además, el sistema de escape debe tener un diseño relativamente simple y ser fabricable. El cumplimiento de estos requisitos permite obtener un consumo de combustible aceptable, reduciendo la probabilidad de fallo de los álabes de la turbina, reduciendo el consumo de metal del sistema de escape y facilitando su mantenimiento.
El principal problema al intentar equipar un automóvil con un sistema eficaz de supresión de ruido es la dificultad de acomodar un silenciador suficientemente grande. Por lo general, este problema se resuelve instalando varios (hasta tres) silenciadores conectados en serie con dimensiones más pequeñas en el automóvil en lugar de uno grande. En este caso, un requisito importante para el conducto de escape es la presencia de una resistencia mínima al movimiento de los gases de escape y, como resultado, una reducción de las pérdidas de potencia del motor.
Para reducir la cantidad de componentes tóxicos en los gases de escape, se instala un convertidor catalítico en el tracto de escape de los automóviles modernos. La peculiaridad de los diseños desarrollados de convertidores catalíticos es que la neutralización efectiva del contenido
en los gases de escape de componentes tóxicos, se llevan a cabo solo al valor del coeficiente de exceso de aire α = 0.994 ± 0.003. Para determinar la cantidad de oxígeno contenido en los gases de escape y corregir (si es necesario) la composición de la mezcla aire-combustible, lo que garantiza el funcionamiento eficiente del convertidor catalítico, se instala un sensor de retroalimentación en el tracto de escape, el so -llamada sonda lambda, que también se llama sensor de oxígeno. En algunos vehículos Toyota, dicho sensor está instalado tanto en la entrada de gas al convertidor catalítico como en la salida del mismo. Esto permite que la unidad de control evalúe la eficiencia del convertidor catalítico.
Cabe señalar que al instalar un convertidor catalítico, la resistencia del tracto de escape aumenta inevitablemente, lo que va acompañado de una ligera disminución en la potencia efectiva del motor (de 2 a 3 kW). Para que la resistencia total del conducto de escape no aumente significativamente cuando se instala el convertidor catalítico, este último suele colocarse en lugar del silenciador previo. Dado que el rendimiento máximo del motor se produce cuando funciona con mezclas pobres (≈α 1,05...1,15), el funcionamiento forzado del motor en todo el rango de cargas en mezclas de composición casi estequiométrica conduce inevitablemente a una disminución del rendimiento (hasta 5%).

Se esfuerzan por realizar la vía de escape del sistema de tal forma que, al realizar las funciones principales que le son asignadas, contribuya a una limpieza más completa de las cámaras de combustión de gases residuales y un llenado más completo de los cilindros del motor. con una carga nueva. Dependiendo del método de organización del movimiento del flujo de gases de escape en el área desde las válvulas de escape hasta la entrada de la turbina del turbocompresor, los sistemas de escape se dividen en sistemas
presión constante,
impulso,
pulso con convertidores de pulso
eyección monotubo.

Los sistemas de escape de presión constante debido a las graves deficiencias existentes en los motores de los automóviles prácticamente no son
aplicar.
Los más utilizados aquí son los sistemas de pulsos y pulsos con convertidores de pulsos. Echemos un vistazo más de cerca a estos sistemas.
Debido a la ciclicidad del proceso de trabajo en los motores de combustión interna de pistón en el tracto de escape, así como en la admisión, se produce un movimiento oscilatorio de gases, como resultado de lo cual se forma una onda de presión.
Debido a la gran diferencia de presión de gas en el cilindro y en el conducto de escape, en el primer momento desde el comienzo de la apertura de la válvula de escape, una cantidad significativa de gases escapa del cilindro. Durante este período, llamado prelanzamiento, se crea una onda de presión que se propaga a la velocidad del sonido. Esta onda, reflejada en las paredes de la tubería de escape, bajo ciertas circunstancias, puede evitar una mayor salida de gas del cilindro, debido a la gran diferencia de presión en el período inicial de la liberación. La posterior limpieza del cilindro de gases residuales se lleva a cabo en este caso solo debido a la acción de empuje del pistón. Obviamente, en tales condiciones, la cantidad de gases que quedan en la cámara de combustión del ciclo anterior será la mayor. Esto afectará negativamente el llenado posterior del cilindro con una carga nueva y, en consecuencia, la potencia, la eficiencia y el desempeño ambiental del motor.
Sin embargo, la onda de presión resultante también se puede utilizar para crear condiciones detrás de la válvula de escape que mejoren la limpieza del cilindro de gases residuales. Para hacer esto, el sistema de escape debe ajustarse de modo que al final del proceso de escape, durante la fase de superposición de válvulas existente, se forme una rarefacción detrás de la válvula de escape durante el paso de la ola. Esto conducirá a un aumento en la cantidad de gases residuales que fluyen desde el cilindro y una mejora en el llenado con una carga nueva. El sistema de escape está ajustado por selección de la longitud y el área de la sección transversal de los tubos de escape. En la etapa inicial del trabajo, los parámetros nombrados del sistema de escape pueden determinarse preliminarmente mediante el método de cálculo, pero luego es necesario verificar y refinar los resultados obtenidos en el banco de pruebas. Al realizar estos trabajos bastante laboriosos, para reducir el número de experimentos, para obtener el resultado esperado, se deben usar las técnicas conocidas de la teoría de la planificación de experimentos.
La práctica de diseño de sistemas de escape muestra que cuantos más cilindros une una tubería de escape, menor es la amplitud de presión resultante que surge en la tubería, que se forma como resultado de la superposición de ondas individuales. Por lo tanto, para evitar la superposición no deseada de olas, el sistema de escape se realiza en forma de varias tuberías dispuestas en un ventilador (una encima de la otra), cada una de las cuales libera gases de no más de tres cilindros. Para evitar la superposición de ondas no deseadas, los flujos de gas de los cilindros se combinan por tuberías para garantizar la alternancia de salidas de gas en cada tubería en los mayores intervalos posibles. Al mismo tiempo, es necesario esforzarse por garantizar la misma longitud de los conductos de escape. (en la práctica, esto no siempre es posible de implementar debido a las restricciones generales existentes). La implementación de estas condiciones es posible con una disposición en forma de abanico de las tuberías de escape, cuando están ubicadas una encima de la otra. Asegurar la misma longitud de tuberías le permite ajustar el sistema de escape para un cierto rango de velocidad KV. En el sistema de impulso de escape, los gases de escape se suministran a la turbina por tuberías separadas de cada grupo de cilindros.

En un sistema de escape de impulso con un convertidor de impulso, las tuberías que combinan el escape de dos o tres cilindros pasan a una tubería en forma de Y que realiza la conversión de impulso, dos de los cuales se combinan en uno después de cierta distancia. En comparación con el sistema de escape de pulso clásico, el sistema de pulso con un convertidor de pulso pierde en términos de dimensiones generales, pero le permite aumentar la eficiencia del turbocompresor y aumentar la vida útil de la turbina.

Se diferencian entre sí no solo en el tipo de combustible consumido, sino también en las características de diseño. Por ejemplo, existe una gran variedad en la disposición de los cilindros. Cada opción tiene sus puntos fuertes y débiles. En este caso, se considerarán los pros y los contras de un motor bóxer.

En los motores de combustión interna de pistón (y también los hay rotativos), la colocación de los cilindros puede ser diferente entre sí: en un ángulo agudo, en una fila, en forma de estrella, etc. En el caso de un bóxer, los cilindros están en el mismo plano y colocados uno frente al otro en un ángulo de 180 grados. A diferencia de muchos motores en línea, la unidad bóxer suele tener dos, así como una distribución vertical. Hay varios tipos de motores bóxer. Entre ellos, los más famosos son:

• Boxeador ("Boxeador"). Se diferencia en que los pistones ubicados uno frente al otro se mueven como boxeadores en el ring. Es decir, cuando uno de ellos está en el punto más alto, el segundo ocupa la posición más baja. Están todo el tiempo igualmente separados unos de otros;
• OROS - Cilindro opuesto de pistón opuesto. El principio de funcionamiento en este caso es que los pistones están en pares en un cilindro (pistón superior e inferior). Se mueven uno hacia el otro, girando el cigüeñal.
• 5 TDF. Este es un motor de tanque de dos tiempos de fabricación soviética, que se usó en los tanques T-64 y T-72. Una característica interesante de esta unidad es su multicombustible. El combustible principal para él es el combustible diesel. Sin embargo, con la ayuda de un interruptor especial en la bomba de combustible de alta presión, era posible iniciar el modo de operación con gasolina o con una mezcla de gasolina con queroseno y combustible diesel, y el motor también podía funcionar con combustible para aviones. Es cierto que también fue necesario corregir el ángulo de encendido (tiempo de inyección).

Muchas empresas participaron activamente en el desarrollo de unidades de potencia. Por ejemplo, Volkswagen se ha fijado en este tipo de unidades desde mediados de los años 30 del siglo pasado. Estos no fueron solo experimentos, sino el deseo de desarrollar su propio motor bóxer, reducir el nivel de vibraciones que se producen durante el funcionamiento de un motor tradicional en forma de V o en línea, etc. Por cierto, los ingenieros de Volkswagen también aplicaron su desarrollo en el legendario Volkswagen Beetle. Y desde los años 60, los motores bóxer han sido utilizados activamente por la empresa japonesa Subaru, que se dedicó al desarrollo en paralelo con los alemanes.

Ventajas del bóxer ICE

En general, el funcionamiento de un motor bóxer no difiere del principio de funcionamiento de las unidades de otros diseños. Sin embargo, tal disposición de cilindros tiene ciertas ventajas, así como desventajas.

• La ventaja más notable de las plantas de energía en consideración es la ausencia casi total de vibraciones durante la operación. Este efecto se logra debido a la disposición, que se equilibran entre sí. Esto no solo agrega comodidad, sino que también aumenta significativamente la vida útil. De ahí viene el segundo "más";
• Impresionante vida útil del motor bóxer. Hay evidencia de que, con bastante frecuencia, el kilometraje antes de la primera revisión era de al menos 500 mil kilómetros. Por supuesto, el estilo de conducción hace sus propios ajustes significativos. Y, sin embargo, el período de revisión es bastante largo. Sin embargo, muy a menudo uno puede encontrarse con las declaraciones de especialistas y automovilistas de que 800-900 mil antes del primero no es más que un hermoso cuento de hadas;
• Los motores del diseño considerado en este artículo proporcionan vehículos con un centro de gravedad bajo. Esta cualidad es especialmente apreciada en los deportivos potentes. Después de todo, al pasar giros a altas velocidades, es muy importante mantener la estabilidad;
• Además, no se puede dejar de mencionar el ahorro de espacio debajo del capó. Aunque este punto les parecerá controvertido a muchos, porque ganando en altura, es necesario que la capota sea más ancha o más larga.

Aquí, quizás, están todas las ventajas esenciales de los oponentes. Ahora debemos considerar las desventajas, que, desafortunadamente, son algo mayores.

Las principales diferencias, así como las ventajas y desventajas de los motores de 8 válvulas frente a los de 16 válvulas. Qué unidad de potencia es mejor elegir.

¿Qué sabemos del motor bóxer? El hecho de que los pistones en él se mueven horizontalmente. Que este motor es la cara de los autos Subaru. Quizás todo. Averigüemos un poco más.

El motor bóxer es uno de los esquemas de diseño del motor de combustión interna, en el que los pistones están en un ángulo de 180 ° y se mueven en un plano horizontal uno hacia el otro y alejándose uno del otro. En este caso, dos pistones adyacentes siempre están en la misma posición, por ejemplo, en el punto muerto superior.

El movimiento de los pistones en el motor recuerda a una pelea de boxeadores, por lo que otro nombre para un motor boxer es Boxer(Boxer). Una característica de diseño del motor bóxer es la instalación de cada pistón con una biela en un muñón de biela separado del cigüeñal. El motor bóxer siempre tiene un número par de cilindros (2, 4, 6, 8, 10, 12). Los "boxeadores" de cuatro y seis cilindros más comunes actualmente.

El motor bóxer no debe confundirse con el motor en V de 180°. Con similitud externa en dicho motor, los pistones adyacentes con bielas están ubicados en el mismo muñón de biela. Entonces, cuando un pistón alcanza el punto muerto superior, el otro está en el punto muerto inferior.

Las ventajas indiscutibles del motor bóxer son un centro de gravedad bajo, vibraciones mínimas durante el funcionamiento y un alto nivel de seguridad en colisiones frontales.

El centro de gravedad del motor bóxer se desplaza hacia abajo para lograr una mejor estabilidad y capacidad de control del automóvil. El motor de montaje bajo está en el mismo eje que la transmisión, lo que da como resultado una transferencia de potencia más eficiente.

El motor bóxer está casi completamente desprovisto de vibraciones (solo hay un momento de las fuerzas de inercia de segundo orden, que tiende a girar el motor alrededor de un eje vertical). El movimiento mutuamente coordinado de los pistones vecinos garantiza un funcionamiento suave del motor. El equilibrio de peso en el motor bóxer permite montar el cigüeñal sobre tres cojinetes principales (en lugar de los cinco habituales), lo que reduce significativamente la longitud del motor y su peso.

El motor bóxer cumple en mayor medida los requisitos de seguridad pasiva. En una colisión frontal, el motor se cae debajo del automóvil y, por lo tanto, salva la vida de los pasajeros en la cabina. Una ventaja no menos importante del motor bóxer para los conductores es el sonido característico de su funcionamiento, que difiere de otros motores de combustión interna.

Desafortunadamente, el motor bóxer no está exento de inconvenientes. El más grave, en nuestra opinión, es la alta intensidad de mano de obra de los trabajos de reparación, asociada con la peculiaridad del diseño del motor. Entonces, para realizar reparaciones individuales, se requiere quitar el motor del automóvil. Algunas fuentes señalan que el movimiento horizontal del pistón provoca un desgaste desigual de la camisa del cilindro y, como resultado, un mayor consumo de aceite. Debido a ciertas dimensiones generales, el motor bóxer solo se instala longitudinalmente en el vehículo.

Actualmente, Subaru y Porsche están desarrollando e instalando motores bóxer en sus automóviles. Anteriormente, el motor bóxer se podía ver en automóviles Alfa Romeo, Citroen, Chevrolet, Honda, Lancia, Toyota, Volkswagen e incluso Ferrari.

Subaru ha estado usando motores boxer desde 1963. Estos son de cuatro y seis cilindros. Boxer. La historia de los motores de cuatro cilindros de Subaru abarca tres generaciones: EE. UU.(1966-1994); serie EJ(1989-1998, cigüeñal con 5 cojinetes principales, 1999-2010, cigüeñal con tres cojinetes principales); serie Facebook(desde 2010). Los Boxers de seis cilindros entraron en producción un poco más tarde: una serie Urgencias(1987-1991), serie P.EJ(1992-1997), serie EZ(desde 1999).

La gran mayoría de los motores bóxer son motores de gasolina con inyección de combustible multipuerto y un sistema de distribución de gas superior. Tienen uno (SOHC) o dos (DOHC) árboles de levas que son impulsados ​​desde el cigüeñal por una correa o cadena de distribución. A pesar de la diferente cantidad de árboles de levas en los motores, se implementa un esquema de intercambio de gases de cuatro válvulas. Varios motores están turboalimentados.

El Boxer de cuatro cilindros de tercera generación resultó ser más simple, más compacto, económico e inofensivo. Para reducir el consumo de combustible, reducir la toxicidad de las emisiones, aumentar la cantidad de par y ampliar sus límites en los nuevos motores, se han utilizado muchas soluciones técnicas progresivas:

• mayor relación de compresión al aumentar la carrera del pistón y reducir el volumen de la cámara de combustión;
• peso reducido de las partes móviles (biela, pistón, cigüeñal) debido a la forja;
• en los árboles de levas de admisión y escape, se utilizó un sistema de sincronización variable de válvulas (AVCS active valve control system);
• se utilizó una bomba de aceite nueva, que proporciona una lubricación de alta calidad y aumenta la vida útil del motor;
• Se utilizó un sistema de enfriamiento con circuitos separados para enfriar el bloque de cilindros y la cabeza del bloque.

En 2008, Subaru presentó por primera vez motor bóxer diésel. El motor de cuatro cilindros, 2,0 litros, desarrolla una potencia de 150 CV. Utiliza inyección common rail, un sistema de turboalimentación con una turbina de geometría variable.

Varios modelos de Porsche (911, Boxster, Cayman) están equipados con motores bóxer de seis cilindros. Hubo un tiempo en que se desarrollaron motores bóxer de 8 y 12 cilindros para su uso en carreras de autos.

Un motor bóxer es un motor con una disposición de pistones horizontales, es decir, los pistones se mueven horizontalmente en relación con la carrocería del automóvil. Esta disposición se encuentra a menudo en los motores Subaru.

En un motor bóxer, los pistones están ubicados en un ángulo de 180° y su movimiento es en el mismo plano horizontal entre sí. Los pistones vecinos en un motor bóxer están igualmente espaciados entre sí. El segundo nombre de los “opuestos” es “boxer”, este nombre se le dio a los motores por la peculiaridad del movimiento de los pistones, que se asemeja a una pelea de boxeadores. El sonido del motor bóxer es difícil de confundir con el sonido de un motor convencional.

A diferencia del clásico en forma de V, en un motor bóxer, cada pistón con una biela está ubicado en una muñequilla del cigüeñal separada. En los motores en forma de V, los pistones y las bielas están en la misma muñequilla, por lo que si un pistón está en el punto muerto superior (TDC), el segundo está en el TDC inferior.

Las principales "ventajas" innegables del motor boxer:

1. Vibración mínima durante el funcionamiento;
2. Bajo centro de gravedad;
3. Alto grado de seguridad en caso de colisión frontal. En caso de un impacto frontal, el motor queda debajo del automóvil, lo que permite que el conductor y el pasajero sobrevivan al accidente y salgan de él con lesiones mínimas.
4. Excelente estabilidad, un automóvil que se llama "mantiene el camino" y se las arregla bien incluso con las curvas más cerradas.
5. La ubicación en el mismo plano que la transmisión proporciona la transferencia de energía más eficiente.

Al mismo tiempo, con todas las ventajas anteriores, el motor boxer tiene otro problema, debido a las características de diseño, el motor se ve afectado por fuerzas de inercia que intentan hacerlo girar alrededor de un eje vertical. El peso de este tipo de motor suele ser mucho menor que el de sus homólogos en forma de V, esto se puede lograr instalando

Por un lado, grandes y potentes motores V8 y Los V12 tienen su propio atractivo, hay algo especial en su sonido. Más poder. Pero también hay algo de lógica en los motores de carreras de pequeño volumen que, a velocidades máximas, zumban como esas unidades de potencia.

Por ejemplo, . El motor bóxer de altas revoluciones, el EJ207, es amado por los sintonizadores y por una buena razón. Por ejemplo, la empresa de tuning australiana GotitRext decidió elevar el rendimiento del boxeador a nuevas alturas.

La empresa se dedicó a afinar el motor bóxer, suministrándole nuevos componentes internos y una turbina Garrett GTW3884. Increíblemente, con un motor de 2.0 litros, fue posible "quitar" 610 hp de esta manera. fuera de las ruedas! Sin embargo, esto no es lo más interesante.

El mayor logro del equipo de ingeniería fue la capacidad de alcanzar velocidades muy altas. ¡12 mil revoluciones por minuto! Eso es lo que un increíble "techo" descansaba contra el rendimiento de este motor.

No está claro cómo GotitRext logró llevar el rendimiento a un nivel tan inusualmente alto y no perder la confiabilidad del motor (la compañía afirma que es así). Debido al hecho de que no todas las transmisiones soportarán tales niveles de potencia y par, la transmisión también se ha rediseñado.