Двигатели G4FA (1.4 л, 99 л.с.) и G4FG (1.6 л, 129 л.с.)



Автомобили KIA Cee’d для российского рынка оснащают поперечно расположенными четырехтактными четырехцилиндровыми бензиновыми инжекторными 16-клапанными двигателями G4FA (1,4 л, 99 л.с.) и G4FG (1,6 л, 129 л.с.). Все двигатели - с рядным вертикальным расположением цилиндров, жидкостного охлаждения.

Вид спереди

двигатель g4fa 1.4 л

1 - компрессор кондиционера; 2 - крышка термостата; 3 - приводной ремень; 4 - помпа; 5 - генератор; 6 - кронштейн правой опоры двигателя; 7 - крышка ГРМ; 8 - ГБЦ; 9 - клапан системы изменения фаз газораспределения; 10 - крышка маслозаливная; 11 - крышка ГБЦ; 12 - впускной коллектор; 13 - выпускной патрубок системы охлаждения; 14 - блок управления дроссельного узла; 15 - блок цилиндров; 16 - датчик давления масла; 17 - датчик коленвала; 18 - маховик; 19 - поддон картера; 20 - масляный фильтр; 21 - крышка поддона картера

Вид сзади

вид сзади

1 - кронштейн катколлектора; 2 - термоэкран; 3 - маховик; 4 - блок цилиндров; 5 - катколлектор (каталитический нейтрализатор); 6 , 7 - трубки охлаждающей жидкости; 8 - выпускной патрубок системы охлаждения; 9 - монтажная проушина (рым); 10 - управляющий датчик концентрации кислорода; 11 - крышка ГБЦ; 12 - крышка маслозаливная; 13 - ГБЦ; 14 - приводной ремень; 15 - насос гидроусилителя руля; 16 - натажитель приводного ремня; 17 - поддон картера

Вид справа

вид справа

1 - крышка поддона картера; 2 - шкив привода; 3 - натяжитель приводного ремня; 4 - каталитический нейтрализатор; 5 - шкив насоса гидроусилителя; б - крышка ГРМ; 7 - крышка ГБЦ; 8 - направляющий ролик приводного ремня; 9 - крышка маслозаливная; 10 - кронштейн правой опоры двигателя; 11 - монтажная проушина; 12 - масляный щуп; 13 - впускной коллектор; 14 - генератор; 15 - крышка термостата; 16 - шкив помпы; 17 - приводной ремень; 18 - Э/М муфта компрессора кондиционера; 19 - блок цилиндров; 20 - масляный фильтр; 21 - поддон картера

Вид слева

вид слева

Распределительные валы двигателей приводятся во вращение цепью. Отличительной особенностью двигателей является наличие электронной системы изменения фаз газораспределения (CWT), динамически регулирующей положение впускного (на двигателе объемом 1,4 л) или обоих (на двигателе объемом 1,6 л) распределительных валов. Эта система позволяет установить оптимальные фазы газораспределения для каждого момента работы двигателя, в результате чего повышается мощность, улучшается топливная экономичность и снижается токсичность отработавших газов.

Механизмы изменения фаз газораспределения, установленные на одном или обоих распределительных валах, по сигналу электронного блока управления двигателем поворачивают соответствующий вал на необходимый угол в соответствии с режимом работы двигателя.

Механизм изменения фаз газораспределения представляет собой гидравлический механизм, соединенный с системой смазки двигателя. Масло из системы смазки двигателя поступает через каналы в распределительный механизм. Ротор 2 (рис. 5.2) поворачивает распределительный вал по команде блока управления двигателем.

Рис. 5.2. Механизм изменения фаз газораспределения: 1 - корпус механизма изменения фаз; 2 - ротор; 3 - масляный канал

Для определения мгновенного положения впускного распределительного вала двигателя 1,4 л или обоих распределительных валов двигателя 1,6 л установлены соответственно один или два датчика положения распределительных валов. На шейке соответствующего распределительного вала расположено задающее кольцо датчика положения.

На головке блока цилиндров закреплены один (на двигателе 1,4 л) или два (на двигателе 1,6 л) электромагнитных клапана, гидравлически управляющие механизмами. Электромагнитными клапанами, в свою очередь, управляет электронный блок системы управления двигателем.

Применение механизма CWT обеспечивает плавное изменение угла установки распределительного вала в положения раннего и позднего открытия клапанов газораспределения (рис. 5.3). Блок управления определяет положение впускного распределительного вала по сигналам датчика положения распределительного вала и датчика положения коленчатого вала и выдает команду на изменение положения вала.

Рис. 5.3. Процесс изменения фазы газораспределения: А - установка впускного распределительного вала в положение раннего открытия клапанов газораспределения; Б - установка впускного распределительного вала в положение позднего открытия клапанов газораспределения; 1 - распределительный вал; 2 - механизм изменения фаз газораспределения; 3 - электромагнитный клапан системы регулирования фаз газораспределения

В соответствии с этой командой перемещается золотник 2 (рис. 5.4) электромагнитного клапана, например, в направлении большего опережения открытия клапанов. При этом подаваемое под давлением масло поступает через канал в корпусе газораспределительного механизма в корпус механизма CWT и вызывает поворот распределительного вала в требуемом направлении. При перемещении золотника в направлении, соответствующем более раннему открытию клапанов, канал для более позднего их открытия автоматически соединяется со сливным каналом. Если распределительный вал повернулся на требуемый угол, золотник электромагнитного клапана по команде блока управления устанавливается в положение, при котором масло поддерживается под давлением по обе стороны каждой из лопастей ротора муфты. Если требуется поворот распределительного вала в сторону более позднего открытия клапанов, процесс регулирования проводится с подачей масла в обратном направлении.

Рис. 5.4. Электромагнитный клапан системы изменения фаз газораспределения: А - полость, соединенная каналом в крышке головки блока цилиндров с первой рабочей камерой гидромуфты механизма изменения фаз газораспределения; В - полость, соединенная каналом в крышке головки блока цилиндров со второй рабочей камерой механизма изменения фаз газораспределения; 1 - электромагнит; 2 - золотник клапана; 3 - кольцевая проточка, соединенная каналом в крышке головки блока цилиндров со второй рабочей камерой механизма изменения фаз газораспределения; 4 - кольцевая проточка для отвода масла; 5 - кольцевая проточка, соединенная каналом в крышке головки блока цилиндров с первой рабочей камерой механизма изменения фаз газораспределения; 6 - отверстие подвода масла из главной магистрали; 7 - пружина клапана; 8 - отверстие для слива масла

Элементы системы CWT (электромагнитные клапаны и механизмы динамического изменения положения распределительного вала) представляют собой прецизионно изготовленные узлы. В связи с этим при выполнении технического обслуживания или ремонта системы изменения фаз газораспределения допускается лишь замена элементов системы в сборе.

Головка блока цилиндров двигателей изготовлена из алюминиевого сплава по поперечной схеме продувки цилиндров (впускные и выпускные каналы расположены на противоположных сторонах головки). В головку запрессованы седла и направляющие втулки клапанов.

Блок цилиндров двигателя представляет собой единую отливку из специального алюминиевого сплава, образующую цилиндры, рубашку охлаждения, верхнюю часть картера и пять опор коленчатого вала. В блоке цилиндров установлены тонкостенные чугунные гильзы. В нижней части блока выполнены пять постелей коренных подшипников, обработанные в сборе с блоком и невзаимозаменяемые, а на блоке цилиндров - специальные приливы, фланцы и отверстия для крепления деталей, узлов и агрегатов, а также каналы главной масляной магистрали.

Коленчатый вал вращается в коренных подшипниках, имеющих тонкостенные стальные вкладыши с антифрикционным слоем. Коленчатый вал двигателя зафиксирован от осевых перемещений двумя полукольцами, установленными в проточки постели среднего коренного подшипника.

Маховик отлит из чугуна, установлен на заднем конце коленчатого вала через установочную втулку и закреплен шестью болтами через шайбу. На маховик напрессован зубчатый обод для пуска двигателя стартером. Поскольку маховик выполнен довольно тонким, для его усиления служит дистанционная шайба, а вместо резьбовых отверстий для крепления кожуха нажимного диска сцепления на тыльной поверхности маховика для этой цели приварены гайки. На автомобили с автоматической коробкой передач вместо маховика устанавливают ведущий диск гидротрансформатора.

Поршни изготовлены из алюминиевого сплава. На цилиндрической поверхности головки поршня выполнены кольцевые канавки для колец - маслосъемного и двух компрессионных. Поршни дополнительно охлаждаются маслом, подаваемым через отверстие в верхней головке шатуна и разбрызгиваемым на днище поршня.

Поршневые пальцы установлены в бобышках поршней с зазором и запрессованы с натягом в верхние головки шатунов, которые своими нижними головками соединены с шатунными шейками коленчатого вала через тонкостенные вкладыши, конструкция которых аналогична коренным.

Шатуны стальные, кованые, со стержнем двутаврового сечения.

Система смазки комбинированная  

Система вентиляции картера закрытого типа не сообщается непосредственно с атмосферой, поэтому одновременно с отсосом газов в картере образуется разрежение при всех режимах работы двигателя, что повышает надежность различных уплотнений двигателя и уменьшает выброс токсичных веществ в атмосферу.

Система состоит из двух ветвей, большой и малой.

При работе двигателя на холостом ходу и в режимах малых нагрузок, когда разрежение во впускной трубе велико, картерные газы через клапан системы вентиляции картера двигателя, установленный на крышке головки блока цилиндров, по малой ветви системы всасываются впускной трубой. Клапан открывается в зависимости от разрежения во впускной трубе и таким образом регулирует поток картерных газов.

В режимах полных нагрузок, когда дроссельная заслонка открыта на большой угол, разрежение во впускной трубе снижается, а в воздухоподводящем рукаве возрастает, картерные газы через шланг большой ветви, подсоединенный к штуцеру на крышке

головки блока, в основном поступают в воздухоподводящий рукав, а затем через дроссельный узел - во впускную трубу и в цилиндры двигателя.

Система охлаждения двигателя герметичная, с расширительным бачком, состоит из рубашки охлаждения, выполненной в литье и окружающей цилиндры в блоке, камеры сгорания и газовые каналы в головке блока цилиндров. Принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости обеспечивает центробежный водяной насос с приводом от коленчатого вала поликлиновым ремнем, одновременно приводящим генератор. Для поддержания нормальной рабочей температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения установлен термостат, перекрывающий большой круг системы при непрогретом двигателе и низкой температуре охлаждающей жидкости.

Система питания двигателя состоит из электрического топливного насоса, установленного в топливном баке, дроссельного узла, фильтра тонкой очистки топлива, расположенного в модуле топливного насоса, регулятора давления топлива, форсунок и топливопроводов, а также включает в себя воздушный фильтр.

Система зажигания двигателя микропроцессорная, состоит из катушек и свечей зажигания. Катушками зажигания управляет электронный блок (контроллер) системы управления двигателем. Система зажигания при эксплуатации не требует обслуживания и регулировки.

Силовой агрегат (двигатель с коробкой передач, сцеплением и главной передачей) установлен на трех опорах с эластичными резиновыми элементами: двух боковых (правой и левой), воспринимающих основную массу силового агрегата, и задней, компенсирующей крутящий момент от трансмиссии и нагрузки, возникающие при трогании автомобиля с места, разгоне и торможении.

Технические характеристики дигателя G4FA (1.4 л, 99 л.с.)

Тип Бензиновый, 4 цилиндра в ряд, четырехтактный
Порядок работы цилиндров 1-3-4-2
Расположен Спереди, поперечно
Рабочий объём, см3 1396
Количество клапанов 16 шт., DOHC, по 4 на цилиндр (2 впуск, 2 выпуск)
Диаметр цилиндра х ход поршня, мм 77,0 x 74,99
Степень сжатия 10,5
Номинальная мощность 73 кВт (99 л. с.)
при частоте вращения коленчатого вала, мин 1 5500
Максимальный крутящий момент, Н м 137
при частоте вращения коленчатого вала, мин 1 4200
Система питания Многоточечный впрыск топлива
Топливо Неэтилированный бензин 92
Система зажигания Электронная, входит в состав ЭСУД
Нормы токсичности Евро-4

Двигатель 1,6 л, G4FG

двигатель 1.6

Особенностью двигателя G4FG (1,6 л), помимо наличия механизма изменения фаз газораспределения на выпускном распределительном валу, является впускная труба с изменяемой длиной каналов.


На впускной трубе двигателя G4FG установлен электромагнитный клапан управления длиной каналов.

Через этот клапан подводится разрежение к приводу заслонок, изменяющих длину каналов в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. На неработающем двигателе заслонки открыты. При пуске двигателя заслонки под действием разрежения закрываются и остаются закрытыми до тех пор, пока частота вращения коленчатого вала двигателя не превысит 4500 мин'. Длина каналов впускной трубы при этом минимальная. При превышении указанной частоты вращения заслонки по команде электронного блока управления двигателем открываются, подключая дополнительный объем к каналам впускной трубы. Управление длиной каналов впускной трубы позволяет улучшить наполнение цилиндров воздухом путем использования резонансного наддува. При этом улучшаются показатели мощности и топливной экономичности двигателя.

Технические характеристики двигателя G4FG (1,6 л.)

технические характеристики двигателя

Дополнительно
Создание современных двигателей

Что позволяет конструкторам моторов «оставаться в тренде»? Только постоянное сотрудничество сразу с несколькими разработчиками их компонентов. Сильно упрощая» можно представить схему их взаимодей ствия таким образом.

Конструктор двигателя выставляет набор своих базовых технических требований: давление в камере сгорания, температура, масса и габариты, цена. Этим требованиям должны со ответствовать все детали двигателя, начиная с поршней, колец, уплотнений, свечей, вкладышей, клапанов и заканчивая корпусными деталями. В технике любая задача может иметь несколько правильных решений. Каждый разработчик компонентов может дать свой ответ, а конструктор двигателя вправе выбрать тот, который наиболее устраивает по большинству параметров.

В мире не так много центров проектирования автомобильных двигателей. Было время, когда каждый из них был связан со своей группой разработчиков комплектующих. Сейчас все смешалось. Лучшие европейские моторы используют американские технологии. А бывает и наоборот. Японцы и корейцы скупают патенты и лицензии со всего света, а в ответ предлагают двигатели, обладающие совершенно сказочными характеристиками при минимальной цене.

И тем большее значение приобретает особая каста автомобилестроителей - разработчики компонентов двигателей, - хотя все лавры и почести, громкие награждения и победы в случае появления удачного мотора достаются другим.

И это правильно. Разработчики компонентов не ответственны за результирующие свойства мотора. У них свой профиль, где главных направлений не так много. Это поиск более прочных материалов для всех деталей двигателя; увеличение ресурса и снижение трения в каждом месте, где есть трение; уплотнение стыков; гашение вибраций и шумов...

Конечно, это не все, но обывателю трудно представить, что стоит даже за перечисленными пунктами, какой объем работ приходится выполнить, чтобы продвинуться чуть дальше своих конкурентов.

Тем более что сами разработчики из тех же конкурентных соображений не стремятся афишировать свою внутреннюю кухню и исследования, раскрывая перед заинтересованными лицами только свои достижения и результаты. Причем только те из них, что уже доступны рынку.

Примеров можно привести сколь ко угодно. И поскольку параллельными исследованиями занимаются многие и у многих есть близкие результаты, то важно никого не забыть и никого не похвалить чрезмерно. Поэтому примеры в этот раз без брендов и названий фирм.

То, что для поршней и гильз разработан свой материал, - далеко не новость. Важнее то, что состав материала и комплексы легирующих присадок могут корректироваться для поршней какой-то одной модели двигателя. Литье производится в кокиль с последующим управляемым охлаждением для получения нужной структуры кристаллизации сплава.

Затем выполняется термообработка для снятия напряжений, опять-таки в режиме, адаптированном для одного вида изделия. Этим занимаются многие компании. А вот высшим пилотажем считаются повторное местное расплавление и сверхбыстрое охлаждение расплавленного участка в местах, где требуются максимальная прочность и износостойкость поверхности. Полученные таким сложным образом особо прочные материалы позволили не только увеличить структурную прочность всех элементов, но одновременно уменьшить массу и снизить трение, а в ряде случаев ввести в конструкцию поршня такой важный элемент, как канал охлаждения. Охлаждение головки поршня дает возможность уменьшить риск закоксовывания колец, повысить их герметичность и в то же время опять же уменьшить трение.

Чтобы снизить потери на трение и увеличить износостойкость на практике, используют целый арсенал высокотехнологичных покрытий. Среди них есть пористые, удерживающие масло, есть особо высокотвердые, придающие поверхности износостойкость, а есть и пористые и твердые одновременно.

Список покрытий начинается с простого электрохимического анодирования верхних канавок поршней бензиновых двигателей.
Для создания пористой структуры поверхности поршней и гильз, которая удерживает масло, используют фосфатирование. При обработке поверхности алюминиевого сплава фосфатными солями железа, марганца, цинка или кадмия образуются гибкая подложка, прочно связанная с основным металлом, и кристаллический, твердый, снижающий трение и в то же время пористый, удерживающий смазку верхний слой.

На юбку поршня наносят твердые износоустойчивые смазочные компоненты. Это дело обычное, особенно для производителей дорогостоящей грузовой техники. Но подобрать состав (графит, дисульфит молибдена, карбон...) и технологии нанесения для того, чтобы ресурс покрытия был равен сроку службы поршня двигателя грузового автомобиля, - такая задача выполнима только технически хорошо вооруженными компаниями.

На смену хонингованию рабочей поверхности цилиндров или гильз (ставшему уже обязательной практикой) приходит формирование шероховатостей для удержания масляной пленки с помощью лазера. Оказывается, это быстрее, а поверхность заодно сильно упрочняется, уменьшается последующий износ.

И все это для той же цели: снизить механические потери на трение и увеличить износостойкость. Этой же цели служит покрытие рабочей поверхности колец, которое используется уже давно, но характеристики и технология нанесения которого постоянно меняются. Названия у этих покрытий могут быть различны, скажем, «хромомолибденовый композит» или «алмазоподобное покрытие третьего поколения», но никакого физического смысла в этих названиях нет, громкие слова - результат трудов маркетологов.
При этом покрытия колец действительно гарантированно служат весь срок эксплуатации мотора, обладают совместимостью с чугунными гильзами и высококремнистым алюминием блока цилиндров. И это не рекламный трюк, а подтвержденный практикой факт.

Стоит ли говорить, что не только обладание уникальной производственной технологией помогает получить реальный технический эффект. Компьютерные методы расчета и моделирования привели к настоящей революции уплотнительных систем. Они позволили по-новому взглянуть на профиль рабочей кромки маслосъемных колец. Изменение всего лишь одного угла, размера или добавление маленькой канавки или ступеньки может дать огромный эффект - обеспечить снижение расхода масла при уменьшении величины прижимного усилия. А значит, при снижении потерь на трение увеличивается надежность работы этого элемента.
Новые технологии уплотнения

Моделирование процессов герметизации разъемов показало, что используемые для этого ранее материалы не смогут обеспечить требуемые теперь сочетания давления и температуры. Исследования подтолкнули к поиску не используемых ранее в автомобилестроении уплотнительных материалов.

Если раньше для производства прокладок головки блока использовался армированный асбест, то сегодня уплотнения представляют собой сложную высокотехнологичную конструкцию из композиции «сталь-эластомер». Основной материал прокладки - сталь - может быть залит эластомером полностью или частично. Слои стали и эластомера могут иметь различную толщину и форму. Форма прокладки, толщина и конфигурация эластомерного покрытия рассчитываются для каждой модели двигателя. Методы расчета этого «слоеного пирога» - тоже производственный секрет.

Запрет для использования свинца в коренных и шатунных вкладышах и втулках, а также рост статических и динамических нагрузок на эти узлы подтолкнули исследование проблем скольжения. Одним ответом стала разработка новых составов, методов отливки и термообработки бессвинцовых бронз. Такие вкладыши сейчас уже широко распространены.
Другой путь - многократно запатентованное многослойное покрытие стального вкладыша.
И не простое покрытие, а меняющее свои свойства под действием температуры. Сразу после установки внешний слой мягкий, податливый, позволяющий трущимся поверхностям быстро приработаться друг к другу.

Теперь - внимание! В процессе эксплуатации, под действием температуры двигателя, из внутреннего слоя во внешний диффундируют атомы износостойких элементов и образуют кристаллический твердый и износостойкий внешний слой на мягкой подложке. Ну разве не чудо инженерной мысли?

Все это увеличивает ресурс детали, позволяет ей легко воспринимать динамические нагрузки мощного мотора с высоким крутящим моментом.

Требования к снижению массы заставили исключить из конструкции такие широко распространенные в прошлом узлы, как балансирные валы. Тем не менее уменьшение числа цилиндров нс способствует снижению вибраций, скорее наоборот, увеличивает ее на ряде режимов.

Поиски способов уменьшения вибраций без роста массы двигателя привели конструкторов к такому простому и элегантному решению, как двойной шкив коленчатого вала. Его внешняя часть, которая соприкасается с ремнем, соединена с внутренней (жестко сидящей на коленчатом валу) через виброгасящую среду.

Самой большой трудностью здесь оказалось рассчитать и изготовить такой гаситель колебаний, чтобы вибрации коленчатого вала полностью замыкались (поглощались) в шкиве, не передаваясь на механизм газораспределения и другие устройства, соединенные с ременной передачей.

Мы намеренно не стали приводить в статье названия брендов, сосредоточившись на общем обзоре технологий. Тем более что нюансы производители все равно не раскрывают. Развитие технологий автомобилестроения привело к тому, что моторы получаются действительно замечательные, как в целом, так и покомпонентно. Правда, вместе с высокой эффективностью снижается их ремонтопригодность, и не каждый современный мотор есть экономический смысл ремонтировать.

Отметим лишь одно: слухи о кончине ДВС, на наш взгляд, довольно преждевременны. Автостроителям удается разрабатывать двигатели, характеристики которых еще вчера были мечтой. И в этих успехах доля компаний, разрабатывающих компоненты моторов, огромна. Использован материал журнала Автокомпоненты