Системы изменения фаз газораспределения двигателя

Системы изменения фаз газораспределения двигателя

Фазами газораспределения принято называть моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала относительно ВМТ и НМТ.
В графическом выражении период открытия и закрытия принято показывать диаграммой.

Фазы газораспределения ЗМЗ-409

Если мы говорим о фазах, то изменению могут поддаваться:

    • момент начала открытия впускных и выпускных клапанов;
    • продолжительность нахождения в открытом состоянии;
    • высота подъема (величина, на которую опускается клапан).

    Пока ещё большинство двигателей имеют фиксированные фазы газораспределения (но тенденция стремительно меняется). Это значит, что описанные выше параметры определяются лишь формой кулачка распределительного вала. Недостаток такого конструктивного решения в том, что рассчитанная конструкторами форма кулачков для работы двигателя будет оптимальной только в узком диапазоне оборотов. Гражданские двигатели проектируются таким образом, чтобы фазы газораспределения соответствовали обычным условиям эксплуатации автомобиля. Ведь если сделать двигатель, который очень хорошо будет ехать «с низов», то на оборотах выше средних крутящий момент, как и пиковая мощность, будет слишком низким. Именно эту проблему решает система изменения фаз газораспределения.

    ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ VVT

    Суть работы системы VVT в том, чтобы в реальном времени, ориентируясь на текущий режим работы двигателя, корректировать фазы открытия клапанов. В зависимости от конструктивных особенностей каждой из систем, реализовывается это несколькими путями:

      • поворотом распределительного вала относительно шестерни распредвала;
      • включением в работу на определенных оборотах кулачков, форма которых подходит для мощностных режимов;
      • изменением высоты подъема клапанов.

      Наибольшее распространение получили системы, в которых регулировка фаз осуществляется изменением углового положения распределительного вала относительно шестерни. Несмотря на то что в работу разных систем положен схожий принцип, многие автоконцерны используются индивидуальные обозначения.

      • Renault – Variable Cam Phases (VCP).
      • BMWVANOS. Как и у большинства автопроизводителей, изначально подобной системой укомплектовывался только распределительный вал впускных клапанов. Система, в которой гидромуфты изменения фаз газораспределительного механизма устанавливается и на выпускной распредвал, называется Double VANOS.
      • Toyota — Variable Valve Timing with intelligence (VVT-i). Как в случае с БМВ, наличие системы на впускном и выпускном распредвалах именуется Dual VVT.
      • Honda — Variable Timing Control (VTC).
      • Volkswagen — выбрал международное название — Variable Valve Timing (VVT).
      • Hyundai, KIA, Volvo, GM — Continuous Variable Valve Timing (CVVT).

      КАК ФАЗЫ ВЛИЯЮТ НА РАБОТУ ДВИГАТЕЛЯ

      Характер поведения газов внутри ДВС изменяется в зависимости от режима работы мотора. К примеру, на холостых оборотах скорость движения поршней значительно ниже, чем в режиме работы на максимальных оборотах. Соответственно, колебания газовой среды во впускном и выпускном коллекторах значительно зависят от режимной точки работы двигателя. Упомянутые колебания способны как приносить пользу, создавая резонансный наддув, так и вред – паразитные колебания, застои. Именно поэтому скорость и эффективность наполнения цилиндров в разных режимных точках работы двигателя значительно отличаются.

      На низких оборотах максимальное наполнение цилиндров будет обеспечивать позднее открытие выпускного клапана и раннее закрытие впускного. В таком случае перекрытие клапанов (положение, в котором выпускные и впускные клапаны одновременно открыты) минимально, поэтому исключается возможность выталкивания оставшихся в цилиндре выхлопных газов обратно во впуск. Именно из-за широкофазных («верховых») распределительных валов на форсированных моторах часто приходится устанавливать повышенные обороты холостого хода.

      На высоких оборотах для получения максимальной отдачи от двигателя фазы должны быть максимально широкими, так как за единицу времени поршни будут прокачивать намного больше воздуха. При этом перекрытие клапанов будет положительно влиять на продувку цилиндров (выход оставшихся выхлопных газов) и последующую наполняемость.

      Именно поэтому установка системы, позволяющей подстроить фазы газораспределения, а в некоторых системах и высоту подъема клапанов, под режим работы двигателя, делает двигатель эластичней, мощней, экономичней и в то же время дружелюбней к окружающей среде.

      Первооткрывателями системы изменения фаз газораспределения принято считать инженеров Honda. Они воплотили в модели Integra механизм VTEC, что позволило прибавить 1,6 литровому мотору от 40 до 60 л.с.

      СИСТЕМЫ С РАЗНОЙ ФОРМОЙ КУЛАЧКОВ

      Такие системы появились первыми — инженеры Honda добавили к двум кулачкам управляющими открытием клапанов еще один — третий. Он имел более высокий профиль.
      На низких оборотах работали низкопрофильные кулачки, а на высоких вступал в действие высокий.
      Разные автоконцерны вскоре выпустили такие системы газораспределения, но уже под другими названиями:

        • HONDA — Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (VTEC). Если на двигателе одновременно используется и VTEC, и VVT, то такая система носит аббревиатуру i-VTEC.
        • BMWVANOS.
        • AUDI — Valvelift System.
        • TOYOTA — Variable Valve Timing and Lift with intelligence от Toyota (VVTL-i).
        • MITSUBISHI — Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control (MIVEC).

        ПРИНЦИП РАБОТЫ

        Разберем принцип работы VTEC на примере реализации от Honda (остальные системы работают по схожему принципу).

        VTEC

        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 два клапана, а на больших оборотах уже наибольший кулачок открывает оба клапана (3-stage SOHC VTEC).

        К началу 2000 годов большинство автомобилестроителей перешли на простую и надежную систему изменения фаз, где ими управляли не кулачки, а гидравлические механизмы, расположенные в шестернях ремня ГРМ и поворачивавшие распредвал.
        Несмотря на то, что, в отличие от систем подобных VTEC, поворот распредвалов не регулирует ширину фаз (ведь клапаны всегда поднимаются на одну и ту же высоту, и длительность их открытия не меняется), у него есть свои преимущества. Точнее, по принципу работы единственное, но ключевое. Эта система изменяет фазы не ступенчато — постоянно.

        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 распределительного вала. Между корпусом гидроуправляемой муфты и ротором находятся полости заполненные маслом. Заполнение их 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.

        VVT

        VVT

        VVT

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

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

          VVT

          Очередной 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).

          Открытая на небольшой угол дроссельная заслонка создает значительное противодействие движению воздушных потоков. В итоге часть полученной от сгорания топливовоздушной смеси энергии уходит на преодоление насосных потерь, что негативно сказывается на мощности и экономически автомобиля.

          система Valvetronic

          1 — Серводвигатель; 2 — Червячный вал; 3 — Возвратная пружина; 4 — Кулисный блок; 5 — Распредвал впускных клапанов; 6 — Рампа; 7 — Гидравлическая система компенсации клапанного зазора (HVA) на стороне впуска; 8 — Впускной клапан; 9 — Выпускной клапан; 10 — Роликовый рычаг толкателя на стороне выпуска; 11 — Гидравлическая система компенсации клапанного зазора (HVA) на стороне выпуска; 12 — Роликовый рычаг толкателя на стороне впуска; 13 — Промежуточный рычаг; 14 — Эксцентриковый вал; 15 — Червячное колесо; 16 — Распредвал выпускных клапанов;

          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.

          Сочетание фазовращателей на валах, бесступенчатой регулировки хода и длительности открытия клапанов позволяет, по оценкам инженеров, обрести 10–15%-процентное снижение расхода топлива и аналогичную прибавку крутящего момента.

          Отказ от ГРМ

          Сейчас есть разработки в которых полностью отсутствуют вращающиеся элементы ГРМ: такие как распределительный вал и приводной ремень(цепь), что существенно уменьшает потери на трение. Система электромагнитных соленоидов позволяет управлять работой клапанов. На каждый клапан предусмотрен отдельный соленоид, работу которого контролирует система управления.

          Регулирование фаз газораспределения ДВС

          У разных производителей существуют различные конструкции таких систем. Одни изменяют время подъема клапанов, другие – высоту подъема, а третьи – и то, и другое. Системы изменения фаз могут устанавливаться только для впускных клапанов или и для впускных, и для выпускных. В настоящее время используется три способа изменения фаз газораспределения.

          • Первый способ – поворот распредвала по ходу вращения с ростом оборотов двигателя. Таким образом, обеспечивается более раннее открытие клапанов. Основная деталь таких систем – фазовращатель (другое название – гидроуправляемая муфта). Он представляет собой ротор, смонтированный в шкиве распредвала, между которыми есть полости. Эти полости по сигналу контроллера двигателя через электромагнитный клапан заполняются маслом, что приводит к повороту распредвала. Угол поворота зависит от того, какая именно полость заполнена. Фазовращатель в большинстве случаев устанавливается только на впускной распредвал, на некоторых системах – и на выпускной. Описанный способ используется в системах VANOS и Double VANOS от BMW, VVT-i и Dual VVT-i(Variable Valve Timing with intelligence) от Toyota, VVT(Variable Valve Timing) от Volkswagen, VTC(Variable Timing Control) от Honda, CVVT(Continuous Variable Valve Timing) от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors, VCP(Variable Cam Phases) от Renault.
          • Второй способ – применение кулачков разного профиля на разных режимах работы. На малых оборотах используются кулачки, обеспечивающие «узкие» фазы, то есть малые высоту подъема и время открытия клапанов. С ростом оборотов по команде блока управления происходит переключение на «широкофазные» кулачки. Таким образом, фазы меняются ступенчато, а не плавно, как в предыдущей системе. Зато, кроме фаз, регулируется и высота подъема клапана. Разнопрофильные кулачки используют в своих системах: VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) от Honda, VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift with intelligence) от Toyota, MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control) от Mitsubishi.
          • Третья, самая совершенная группа систем, плавно регулирует высоту подъема клапанов. Главное достоинство таких систем в том, что они позволяют отказаться от дроссельной заслонки на впуске. Тем самым существенно снижаются насосные потери и расход топлива. Впервые такая система под названием Valvetroniс была применена BMW. В ней между распредвалом и клапаном расположен дополнительный рычаг, один конец которого давит на коромысло клапана, а второй соединен с эксцентриковым валом. Проворачивая этот вал с помощью электромотора, система управления тем самым меняет наклон рычага и его плечо. Увеличение плеча приводит к увеличению подъема клапана и количества воздуха, попадающего в цилиндры. Высота подъема регулируется в пределах от 0,5 до 12 мм.

          Вслед за BMW аналогичные системы создали Valvematic от Toyota, VEL (Variable Valve Event and Lift System) от Nissan, MultiAir от Fiat, VTI (Variable Valve and Timing Injection) от Peugeot.

          В системе MultiAir используется один распредвал, который приводит и впускные, и выпускные клапана. Но если выпускные клапана механически управляются кулачками, то на впускные воздействие от кулачков передается через специальную электрогидравлическую систему. Именно в ней и состоит новизна. Впускные кулачки нажимают на поршни, а те через электромагнитный клапан передают усилие на рабочие гидроцилиндры, которые уже воздействуют на впускные клапана. Главный узел – именно клапан, регулирующий давление в системе. Он имеет только два положения: открыт-закрыт. Если он открыт, давление в системе отсутствует, и усилие на клапан не передается. Поэтому, управляя моментом и длительностью открытия электромагнитного клапана за то время, пока кулачок воздействует на поршенек, можно добиться любого алгоритма открытия впускных клапанов. А значит, ширину фаз можно плавно регулировать от 0 до 100%. Максимальная ширина фазы определяется профилем впускного кулачка распредвала.

          А какое отношение все вышеописанное имеет к экологии? Системы изменения фаз газораспределения, оптимизируя процесс сгорания топлива, тем самым снижают его расход, а, значит и количество вредных выбросов.

          Системы изменения фаз ГРМ и основные неисправности

          Системы изменения фаз ГРМ и основные неисправности

          Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для обеспечения своевременной подачи в цилиндры двигателя воздуха или горючей смеси (в зависимости от типа двигателя) и выпуска отработавших газов из цилиндров. Разберемся, зачем же необходимо менять фазы ГРМ.

          Для всех режимов работы двигателя есть свои оптимальные значения по продолжительности открытия и закрытия клапанов. Благодаря автоматическому управлению механизмом газораспределения можно увеличить мощность и крутящий момент практически на всех режимах работы двигателя и уменьшить токсичность отработавших газов без применения других конструктивных решений.

          Таким образом, система изменения фаз газораспределения служит для их оптимизации при работе двигателя на режимах холостого хода, максимальной мощности и максимального крутящего момента и для обеспечения рециркуляции отработавших газов.

          На современных автомобилях применяется система автоматического изменения фаз ГРМ, а также система отключения цилиндров для сокращения расхода топлива и снижения токсичности в режиме неполной нагрузки на двигатель. Рассмотрим основные типы таких систем.

          Способы изменения фаз газораспределения можно классифицировать по регулируемым параметрам работы ГРМ:

          • поворот распределительного вала;
          • применение кулачков с разным профилем;
          • изменение высоты подъема клапанов.

          Наиболее распространена система, изменяющая фазы посредством поворота распредвала, которая применяется на автомобилях следующих марок:

          • BMW: VANOS (Double VANOS);
          • Toyota: VVT-i (Dual VVT-i), Variable Valve Timing with intelligence;
          • Volkswagen: VVT, Variable Valve Timing;
          • Honda: VTC, Variable Timing Control;
          • Hyundai, KIA, Volvo, General Motors: CVVT, Continuous Variable Valve Timing;
          • Renault: VCP, Variable Cam Phases.

          На примере автомобилей VAG (Volkswagen Audi Group) можно рассмотреть распространенную систему изменения фаз ГРМ VVT с гидроуправляемыми муфтами, расположенными по одной на каждом распределительном валу двигателя.

          Муфты представляют собой гидравлические устройства, подключенные к системе смазки двигателя. Управление осуществляется блоком управления двигателя на основании данных о частоте вращения коленчатого вала, нагрузке, температуре и других параметров. Масло из системы смазки двигателя поступает через каналы в корпусе механизма газораспределения и в распределительных валах в гидроуправляемые муфты, которые поворачивают распредвалы в соответствии с командами блока управления.

          82.jpg

          Существуют и системы изменения фаз ГРМ, работа которых основана на применении кулачков различной формы, благодаря которым достигается ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов. Такие системы используются на следующих автомобилях:

          • Honda: VTEC, Variable Valve Timing and Lift Electronic Control;
          • Toyota: VVTL-i, Variable Valve Timing and Lift with intelligence;
          • Mitsubishi: MIVEC, Mitsubishi Innovative Valve Timing Electronic Control;
          • Audi: Valvelift System.

          Данные системы имеют в основном схожие конструкцию и принцип действия, которые можно рассмотреть на примере VTEC.

          83.jpg

          Распределительный вал имеет два малых и один большой кулачок на каждые два клапана. В режиме работы двигателя с небольшой частотой вращения коленчатого вала малые кулачки через двигателя с небольшой частотой вращения коленчатого вала малые кулачки через соответствующие рокеры воздействуют на пару впускных клапанов. Большой кулачок перемещает свободное коромысло вхолостую. Клапаны имеют минимальную высоту подъема, фазы ГРМ характеризуются малой продолжительностью.

          Система управления с блокирующим механизмом, имеющим гидравлический привод, обеспечивает ступенчатое переключение с одного режима работы на другой при достижении коленвалом двигателя определенной частоты вращения. Рокеры малых и большого кулачков соединяются с помощью стопорного штифта в единое целое, и после этого усилие на впускные клапаны передается от большого кулачка распредвала. Таким образом, увеличивается ход клапанов и фазы газораспределения.

          Недостатками такой системы являются ступенчатый переход с одного режима на другой и конструктивная сложность реализации процесса блокировки.

          84.jpg

          Наиболее совершенная конструкция системы изменения фаз ГРМ на данный момент основана на регулировании высоты подъема клапанов. Первопроходец в этом направлении — компания BMW, предложившая разработку Valvetronic. Аналогичный принцип реализован и в других системах:

          • Toyota: Valvematic;
          • Nissan: VEL, Variable Valve Event and Lift System;
          • FIAT: MultiAir;
          • Peugeot: VTI, Variable Valve and Timing Injection.

          85.jpg

          Система Valvetronic устанавливается только на впускные клапаны. Изменение хода клапана осуществляется с помощью сложной кинематической схемы. Эксцентриковый вал 9 приводится в движение от электродвигателя 1 через червячную передачу 2. Вращение эксцентрикового вала 9 изменяет положение промежуточного рычага 10, который, в свою очередь, задает определенное движение коромысла 11 и соответствующее ему перемещение клапана 16. Изменение высоты подъема клапана осуществляется непрерывно в зависимости от режимов работы двигателя. Такая система позволяет отказаться от использования дроссельной заслонки на некоторых режимах работы двигателя.

          Система изменения фаз ГРМ надежна и обычно не доставляет хлопот владельцам автомобилей. Но предъявляются жесткие требования к качеству и сроку эксплуатации моторного масла, так как управление приводом гидравлическое. Не допускается никаких примесей, инородных частиц, строго должны быть соблюдены требования по вязкости и регламенту замены масла.

          Поговорим о некоторых известных неисправностях системы изменения фаз ГРМ. Например, на автомобиле Renault Megane III (выпуск после 2008 года, двигатель K4M/F4R 830 объемом 1,6 литра) часто можно услышать стук со стороны верхней части двигателя после холодного пуска. Самая распространенная причина этого недуга кроется в приводе системы фаз ГРМ, а именно в муфте распределительного вала впускных клапанов. Для устранения неисправности требуется замена привода системы изменения фаз и обязательное обновление программного обеспечения для электронного блока управления двигателем.

          На автомобиле Mazda CX-7 (выпуск после 2007 года с двигателем L3 Turbo объемом 2,3 литра) встречается аналогичная неисправность: чрезмерный шум от привода системы изменения фаз ГРМ, особенно при пуске холодного двигателя. Основная причина — неполное включение стопорного штифта привода системы изменения фаз газораспределения. Порядок устранения поломки следующий:

          1. Установить модифицированный привод системы изменения фаз газораспределения.
          2. Заменить моторное масло.
          3. Запустить двигатель, дать ему поработать на холостом ходу минимум 5 минут.
          4. Проверить топливный насос высокого давления на наличие утечек.
          5. Выключить зажигание.
          6. Дождаться снижения температуры охлаждающей жидкости.
          7. Заменить моторное масло и масляный фильтр.

          У автомобиля KIA Rio (2005-2011 гг. выпуска, двигатель G4ED объемом 1,6 литра) иногда встречаются неприятные проблемы: неустойчивый холостой ход, ухудшение эксплуатационных характеристик двигателя. Причина аналогична: неисправность привода системы изменения фаз ГРМ, а именно муфты распределительного вала выпускных клапанов. Способ устранения следующий:

          Что такое фазы газораспределения и как они работают

          Отрезки времени от начала момента открытия клапанов двигателя до их полного закрытия относительно мертвых точек движения поршня получили наименование фазы газораспределения. Их влияние на работу двигателя очень велико. Так, от продолжительности фаз зависит эффективность заполнения и очистки цилиндров в процессе работы мотора. Это напрямую определяет экономичность расхода топлива, мощность и крутящий момент.

          Сущность и роль фаз газораспределения

          На данный момент существуют двигатели, в которых фазы не могут изменяться принудительно, и двигатели, оснащенные механизмами изменения фаз газораспределения (например, CVVT). Для первого типа двигателей фазы подбираются эксперементально при конструировании и расчете силового агрегата.

          fazy

          Визуально все они отображаются на специальных диаграммах фаз газораспределения. Верхняя и нижняя мертвые точки (ВМТ и НМТ соответственно) представляют собой крайние позиции поршня, движущегося в цилиндре, которые соответствуют наибольшему и наименьшему расстоянию между произвольной точкой поршня и осью вращения коленвала мотора. Точки начала открытия и закрытия клапанов (длина фазы) показываются в градусах и рассматриваются относительно вращения коленчатого вала.

          Управление фазами осуществляется при помощи газораспределительного механизма (ГРМ), который состоит из следующих элементов:

          • кулачковый распредвал (один или два); ;
          • цепной или ременной привод от коленвала к распредвалу.

          Рабочий цикл двигателя всегда состоит из тактов, каждому из которых соответствует определенное положение клапанов на впуске и выпуске. Таким образом, начало и конец фазы зависят от угла положения коленвала, который связан с распределительным валом, управляющим положением клапанов.

          За один оборот распредвала коленчатый вал выполняет два оборота и его суммарный угол поворота за рабочий цикл равен 720°.

          Диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя

          Работу фаз газораспределения для четырехтактного двигателя рассмотрим на следующем примере (см. картинку):

          1. Впуск. На этом этапе поршень движется от ВМТ к НМТ, а коленвал поворачивается на 180º. Осуществляется закрытие выпускного клапана и последующее открытие впускного. Последние происходит с опережением на 12º.
          2. Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, а коленвал совершает еще один поворот на 180º (360º от начального положения). Выпускной клапан остается в закрытом положении, а впускной остается открытым, пока коленвал не повернется на 40º.
          3. Рабочий ход. Поршень идет от ВМТ к НМТ под действием силы воспламенения топливовоздушной смеси. Впускной клапан находится в закрытом положении, а выпускной открывается с опережением, когда коленвал еще не дошел 42º до НМТ. На этом такте полный поворот коленвала составляет также 180º (540º от начального положения).
          4. Выпуск. Поршень идет от НМТ к ВМТ и при этом выталкивает отработавшие газы. В этот момент впускной клапан закрыт (откроется за 12º до ВМТ), а выпускной остается в открытом положении и после достижения коленвалом ВМТ еще на 10º. Общая величина поворота коленвала на этом такте также 180º (720º от начальной точки).

          Фазы грм также зависят от профиля и позиции кулачков распредвала. Так, если они одинаковы на впуске и выпуске, то длительность открытия клапанов также будет одинакова.

          Почему выполняется запаздывание и опережение срабатывания клапанов?

          Чтобы улучшить наполнение цилиндров, а также обеспечить более интенсивную очистку от отработавших газов, срабатывание клапанов происходит не в момент достижения поршня мертвых точек, а с небольшим опережением или запаздыванием. Так, открытие впускного клапана выполняется до момента прохождения поршнем ВМТ (от 5° до 30°). Это позволяет обеспечить более интенсивное нагнетание свежего заряда в камеру сгорания. В свою очередь, закрытие впускного клапана происходит с запаздыванием (после того как поршень достиг нижней мертвой точки), что позволяет продолжить наполнение цилиндра горючим за счет сил инерции, так называемый инерционный наддув.

          Выпускной клапан также открывается с опережением (от 40° до 80°) до момента достижения поршнем НМТ, что позволяет обеспечить выход большей части отработавших газов под действием собственного давления. Закрытие выпускного клапана, напротив, происходит с запаздыванием (после прохождения поршнем верхней мертвой точки), что позволяет силам инерции продолжить удаление отработавших газов из полости цилиндра и делает более эффективной его очистку.

          Углы опережения и запаздывания не являются общими для всех двигателей. Более мощные и быстроходные имеют большие значения этих интервалов. Таким образом, их фазы газораспределения будут шире.

          Этап работы двигателя, при котором оба клапана открыты одновременно, получил название перекрытие клапанов. Как правило, величина перекрытия составляет около 10°. При этом, поскольку длительность перекрытия очень мала, а раскрытие клапанов незначительно, утечки не происходит. Это довольно благоприятный этап для наполнения и очистки цилиндров, что особенно важно при высоких оборотах.

          В начале открытия впускного клапана текущий уровень давления в камере сгорания выше, чем атмосферное. В результате отработавшие газы очень быстро перемещаются к выпускному клапану. Когда двигатель перейдет на такт впуска, в камере установится высокое разрежение, выпускной клапан полностью закроется, а впускной раскроется на достаточную для интенсивного наполнения цилиндра величину сечения.

          Особенности регулируемых фаз газораспределения

          При высоких скоростях двигателю автомобиля необходимо больше объема воздуха. И поскольку в нерегулируемых ГРМ клапаны могут закрыться до того, как в камеру сгорания поступает его достаточное количество, работа мотора оказывается неэффективной. Для решения этой проблемы были разработаны различные способы регулировки фаз газораспределения.

          Клапан грм

          Первые моторы, имеющие подобную функцию, позволяли выполнять ступенчатую регулировку, которая позволяла менять длину фазы в зависимости от достижения двигателем определенных величин. Со временем появились бесступенчатые конструкции, позволяющие выполнить более плавную и оптимальную настройку.

          Простейшим решением является система сдвига фаз (CVVT), реализуемая путем поворота распределительного вала относительно коленвала на определенный угол. Это позволяет изменить момент открытия и закрытия клапанов, но фактическая продолжительность фазы остается неизменной.

          Чтобы изменить непосредственно длительность фазы, в ряде автомобилей используются несколько кулачковых механизмов, а также колеблющиеся кулачки. Для точной работы регуляторов применяются комплексы из датчиков, контроллера и исполнительных механизмов. Управление такими устройствами может быть электрическим или гидравлическим.

          Одной из основных причин внедрения систем с регулировкой ГРМ является ужесточение экологических стандартов по уровню токсичности отработавших газов. Это означает, что для большинства производителей вопрос оптимизации фаз газораспределения остается одним из важнейших.

          Как работают различные типы систем изменения фаз газораспределения?

          Система изменения фаз газораспределения, о которой Вы гораздо чаще услышите под конкретными торговыми названиями, такими как VTEC или VVTi — такая система, которая позволяет двигателю значительно улучшить свою мощность и экономичность топлива, а также количество вредных выбросов в выхлопах за счёт динамического изменения времени и продолжительности открытия и закрытия клапанов на разных оборотах мотора. Система изменения фаз газораспределения работает, слегка изменяя поток топлива и воздуха в двигатель и сгоревшей смеси из двигателя за счёт изменения времени относительно такта двигателя и глубины открытия клапанов.

          Но чтобы понять, как работает система изменения фаз газораспределения, давайте вспомним (если Вы читали статью о том, как работает двигатель) или узнаем, как работают клапаны во время различных тактов работы мотора.

          Современные двигатели имеют клапаны в верхней части каждого цилиндра — по два или по четыре на каждый цилиндр, которые открываются, чтобы топливо и воздух поступали в двигатель, а затем другие клапаны открываются, так что сгоревшая смесь может выпустится.

          Схема работы клапанов в бензиновом двигателе

          Клапаны управляются специальным валом — распределительным валом, который приводится во вращение непосредственно двигателем и имеет несколько яйцевидной формы лопастей вдоль его длины. По мере того как длинный (наиболее выступающий) конец лепестка крутится вокруг своей оси, он проходит через клапан, толкая его, и тем самым, открывая его (пружины на клапане позволяют ему закрываться обратно, когда лепесток на распредвале уйдёт от него). Лепестки — они правильно называются «кулачками» — на распредвале имеют точно такую ​​форму, чтобы контролировать сроки, продолжительность и глубину поднятия клапанов — это очень точно рассчитанное время, поэтому кулачки должны быть идеально ровными и очень точно выточенными, чтобы максимально точно срабатывать в пяти параметрах:

          • когда они начинают открывать клапан,
          • как надолго они открывают клапан,
          • как сильно (насколько высоко) они открывают клапан,
          • как долго они заставляют клапан быть открытым,
          • как быстро они закрывают клапан.

          Все эти пять параметров, в свою очередь, определяют, как топливо и воздух будут сгорать в камере сгорания и, соответственно, насколько эффективно всё это будет сгорать, в каком количестве поступать и насколько воздушно-топливная смесь будет готовой к моменту подачи искры от свечи. Форма кулачка, известная также как профиль кулачка, играет большую роль в том, как двигатель развивает мощность. А 5 вышеперечисленных параметров носят название «фаз газораспределения«.

          Так зачем же менять фазы открытия и закрытия клапанов? А затем, что двигателю требуются разные условия работы на низких и высоких оборотах. В идеале, газораспределение (продолжительность и время открытия/закрытия клапанов) должно меняться для того, чтобы оптимизировать цикл сгорания топлива в двигателе на меняющихся оборотах.

          Да, распредвал оказался самым надёжным методом для открытия и закрытия клапанов в течение века, но его основным недостатком является то, что профиль распределительного вала статичен — он железный и на него наварены кулачки, и потому он не может изменить размеры и формы этих кулачков на лету. Инженеры должны придумать профиль, который нашёл бы компромисс, чтобы обеспечить плавные обороты на холостом ходу и убойное питание на высоких оборотах. Более подробно о том, почему двигателю требуется разное время, продолжительность и высота открытия/закрытия клапанов, мы расписали в статье о работе конкретной системы изменения фаз — VTEC.

          Инженеры разработали различные системы изменения фаз газораспределения как способ оказать некоторый контроль над описанным процессом. На сегодняшний день существуют несколько систем в использовании разных производителей автомобилей. Наиболее распространённая из них — VTEC от компании Honda, которая использует распредвал с двумя наборами кулачков — одни короче, а другие — длиннее и немного другой формы. На определённой частоте вращения коленчатого вала двигателя специальный механизм заставляет распредвал немного перемещаться вдоль своей оси, чтобы передвигать оба набора кулачков к клапанам.

          Мы подобрали для Вас кое-что ещё интереснее: Что такое система VTEC и как она работает?

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: