admin / 15.07.2019

Настройка фаз газораспределения

Содержание

В теории для наполнения цилиндра горючей смесью и выпуска отработанных газов клапаны должны открываться точно в верхней или нижней мертвых точках. На практике же это приходится делать заблаговременно. Причем на разных оборотах двигателя время открытого состояния должно быть разным. Но время и высота подъема клапанов раз и навсегда заданы формой кулачков распредвала, представляя собой компромисс между высоким крутящим моментом на низких оборотах и высокой мощностью на высоких оборотах. Чтобы оптимизировать наполнение и очистку цилиндров двигателя в разных режимах работы были созданы системы изменения фаз газораспределения.

Как двигают фазы

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 регулирования фаз

Система регулирования фаз VTEC от Honda. Система регулирования фаз MultiAir от FIAT Система регулирования фаз VVT от Volkswagen.

Фазы и механизм газораспределения — как это работает и на что влияет

Термин «фаза» означает часть, этап или ступень какого-то процесса. Поэтому впускная и выпускная фазы газораспределения – часть полного цикла работы двигателя внутреннего сгорания. Прочитав статью, вы узнаете, что происходит во время фаз, каким образом двигатель регулирует их и на что влияют фазы газораспределения.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя приводит к выделению выхлопных газов и увеличению температуры. Во время такта сжатия поршень движется к верхней мертвой точке (ВМТ) сжимая топливовоздушную смесь или воздух (дизельный двигатель).

Воспламенение происходит незадолго до ВМТ. В бензиновом двигателе топливовоздушную смесь воспламеняет искра свечи зажигания. В дизельном моторе в раскаленный от сжатия воздух впрыскивают распыленное топливо. Когда поршень приближается к нижней мертвой точке (НМТ), наступает выпускная фаза газораспределения. Выпускной клапан открывается и поднимающийся к ВМТ поршень выдавливает из цилиндра продукты горения топливовоздушной смеси. Когда поршень подходит к ВМТ заканчивается фаза выпуска и начинается фаза впуска. Поршень движется в ВМТ, в цилиндре возникает разряжение, благодаря которому воздух засасывает внутрь камеры сгорания. После достижения ВМТ фаза впуска завершается и начинается такт сжатия.

Устройство механизма газораспределения

Газораспределительный механизм (ГРМ) состоит из:

  • одного или двух кулачковых распределительных валов, на каждый из которых установлена своя шестерня;
  • шестерни коленчатого вала;
  • цепного или ременного привода.

Число зубьев шестерни распределительного вала всегда в 2 раза больше, чем у шестерни коленчатого вала.

Благодаря этому за два оборота коленчатого вала происходит лишь один оборот распределительного вала. Это позволяет открывать и закрывать клапаны головки блока цилиндров (ГБЦ) в зависимости от такта двигателя. Фазы газораспределения зависят от расположения кулачков распределительного вала. Поэтому на одновальных двигателях возможна только одновременная регулировка фаз впуска и выпуска. На двухвальных двигателях возможна раздельная регулировка фазы впуска и фазы выпуска. Это позволяет оптимизировать работу двигателя под различные режимы.

Когда кулачок распределительного вала доходит до клапана, то начинает давить на него до тех пор, пока клапан полностью не откроется. Затем кулачок проходит дальше и пружина начинает выдавливать клапан, стремясь закрыть его. Как только давление со стороны распределительного вала исчезает, пружина полностью закрывает клапан. Угол поворота распределительного вала, в течение которого впускные или выпускные клапаны одного цилиндра открыты и называется фазой газораспределения.

На что влияют фазы ГРМ

В двигателях современных бюджетных автомобилей не предусмотрена автоматическая регулировка фаз газораспределения, поэтому они настроены на средний режим работы. Форма кулачков распределительных валов таких двигателей рассчитана на максимальное наполнение и освобождение цилиндров при скорости вращения, близкой к максимальному крутящему моменту. Обычно он расположен между 2/3 и 3/4 от максимальных оборотов. Поэтому такой двигатель «плохо тянет» на оборотах ниже половины от максимальных.

Почему так происходит? Чем выше обороты двигателя, тем быстрей движутся поршни. В результате давление внутри цилиндра во время фазы выпуска возрастает, но пропускная способность выпускного клапана не меняется. Во время фазы впуска поршень движется быстрей, чем на холостых оборотах, но пропускная способность клапана не меняется. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем хуже наполнение цилиндров. Поэтому нередко фазы выпуска и выпуска пересекаются. В то время когда выпускной клапан закрывается, но еще открыт, начинает открываться впускной клапан.

На холостых и низких оборотах часть топлива, которая поступает в двигатель, уходит в выхлопную трубу. Это снижает мощность и экономичность двигателя. По мере роста оборотов влияние этого эффекта слабеет. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем длинней должны быть фазы газораспределения. Это позволит избежать снижения мощности мотора.

Если сдвинуть фазы газораспределения от оптимальной точки, то произойдет резкое падение мощности мотора. Ведь цилиндры будут или не до конца освобождаться от выхлопных газов или не до конца наполняться топливовоздушной смесью. Однако оптимальная точка начала фазы и ее продолжительность зависят от нагрузки на мотор и оборотов двигателя. Поэтому тюнинговые мастерские и умелые автомобилисты устанавливают вместо штатной шестерни распределительного вала разрезную шестерню, с помощью которой можно сдвигать фазу на угол до 10 градусов. Также используют тюнинговые распределительные валы, рассчитанные на различные режимы и нагрузки. Те, кто предпочитает ездить на максимальной скорости, устанавливают валы с максимальными фазами впуска и выпуска. Те же, кто ездит на средних оборотах двигателя, избегая резких стартов и больших скоростей, ставят валы с чуть уменьшенными фазами.

Регулятор фаз газораспределения

Существует большое количество моделей фазорегуляторов, которые работают по различным алгоритмам. Однако, общий принцип неизменен. Когда двигатель работает на низких оборотах, фазорегулятор сокращает впускную и выпускную фазы. Это позволяет сократить расход топлива.

Когда двигатель начинает работать на высоких оборотах или под нагрузкой, регулятор увеличивает продолжительность фаз, а нередко и точку их начала. Это позволяет не только увеличить мощность и крутящий момент, но и снижает расход топлива. Наиболее популярны модели фазорегуляторов, которые работают на основе центробежного принципа. Чем выше обороты двигателя, тем сильней они натягивают цепь или ремень привода ГРМ, тем самым сдвигая и фазы газораспределения. Благодаря тому, что эти устройства регулируют натяжение ремня или цепи со стороны обоих распределительных валов, они эффективно сдвигают обе фазы. Такие фазорегуляторы не требуют настройки, однако после пробега в 40-70 тысяч километров необходимо менять уплотнительные кольца гидроцилиндров.

Более сложные регуляторы представляют собой систему из датчиков, контроллера двигателя и исполнительных устройств. Однако, принцип их работы точно такой же, как у центробежных. Исполнительное устройство увеличивает или ослабляет натяжение цепи со стороны впускного и выпускного валов. Благодаря этому каждая фаза регулируется отдельно. Такие системы требуют настройки и регулярной проверки. Благодаря тому, что исполнительные механизмы работают от электричества, нет необходимости в регулярной замене уплотнительных колец. Существуют также системы, в которых электронное управление совмещено с гидравлическим приводом. В таких системах регулировка происходит не за счет натяжения цепи, а с помощью увеличения давления внутри шестерни распределительного вала.

Чем выше давление, тем дальше гидропривод проворачивает распределительный вал относительно положения шестеренки.

Как установить фазы газораспределения

На большинстве современных автомобилей, оснащенных механическим ГРМ, фазы газораспределения выставляют одинаково. По ВМТ первого цилиндра. Для этого на корпусе блока цилиндров и ГБЦ, а также на шестернях распределительного и коленчатого валов нанесены специальные метки. В первую очередь совмещают метки коленчатого вала. Затем совмещают метки распределительного (распределительных) валов. После этого надевают и натягивают цепь или ремень, затем проверяют метки. Если метки на месте, коленчатый вал прокручивают 2 или 4 раза и снова проверяют метки. Если метки шестерней распределительного и коленчатого валов совпадают с метками на блоке цилиндров и ГБЦ, то фазы выставлены правильно. Если отличаются, необходимо снять цепь или ремень и повторить все операции.

Снятие и установка цепного привода распредвалов 4-цил. бензиновый двигатель 1,4 л Turbo

Необходимые специальные приспособления, контрольные и измерительные приборы, а также вспомогательные средства

  • Индикатор часового типа -VAS 6079-
  • Съемник -T10094 A-
  • Адаптер для индикатора часового типа -T10170-
  • Фиксатор распредвалов -T10171 A-
  • Контропора -T10172-
  • Стопорный штифт -T40011-

  • Свечной ключ -3122 B-
  • Фиксирующий болт -T10340-

Инструкция

  • Вместо фиксатора распредвалов -T10171 A- можно также использовать прежний фиксатор распредвалов -T10171-, если просверлить в нем дополнительное отверстие, как описано ниже.
  • Положить шаблон 1 на фиксатор распредвалов -T10171-, как показано на рисунке.
  • Провести закернивание по метке 2.
  • Просверлить в закерненном месте сверлом ? 7 мм и зачистить отверстие.
  • Промаркировать инструмент как „T10171 A“.

Снятие


Действовать следующим образом:
Снять поликлиновой ремень .
Отсоединить шланг охлаждающей жидкости 1 к кожуху двигателя.
Извлечь маслоизмерительный щуп 2 из направляющей трубки.
Вывернуть болты стрелки и снять кожух двигателя.
Вывернуть болты 2 и снять поддерживающую скобу 1.
Отсоединить штекерный разъем 3датчика давления наддува -G31- .
Разблокировать защелки стрелки и снять воздуховодную трубку сначала с блока управления дроссельной заслонки -J338-, затем с турбонагнетателя.
Высвободить шланги к трубке ОЖ.
Отсоединить вакуумные магистрали 2 и 3.

  • Поз. 1, 4 и стрелку не учитывать.

Установить съемник -T10094 A- на все катушки зажигания стрелка, извлечь катушки зажигания и одновременно отсоединить электроразъемы катушек зажигания цилиндров 1… 4.
Выкрутить свечу зажигания цилиндра 1 свечным ключом -3122 B- .
Отсоединить разъемы 1, 2, 4, снять проводной коллектор 3 с картера распредвалов и отвести в левую сторону.
Отсоединить разъем стрелкадатчика давления масла -F1- .
Отвернуть болт 1 кабеля массы.

  • Стрелки не учитывать.

Вывернуть болты 1 и 2 и отвернуть в левую сторону левые трубки ОЖ.

  • Стрелки не учитывать.

Выкрутить болты стрелки и снять запорную крышку 1 и 2 .
Вкрутить до упора адаптер для индикатора часового типа -T10170- в резьбовое отверстие для свечи зажигания.
Вставить индикатор часового типа -VAS 6079- с удлинителем -T10170/1- до упора и закрепить зажимной гайкой стрелка.
Установить коленвал в направлении вращения двигателя в „ВМТ“.„ВМТ“ = максимальное измеренное значение индикатором часового типа.Отверстия стрелки в распредвалах должны располагаться так, как показано на рисунке. При необходимости повернуть коленчатый вал еще на оборот (360°).
Вставить фиксатор распредвалов -T10171 A- до упора в отверстия распредвалов.Стопорные штифты стрелки 1 должны войти в отверстия стрелки 2.Подпись „TOP“стрелка 3 должна быть видна сверху.
Для крепления фиксатора распредвалов -T10171 A- с усилием вкрутить болт М6 стрелка, не затягивать.

Осторожно!

  • Опасность повреждения распредвалов.
    • Нельзя использовать фиксатор распредвалов -T10171 A- в качестве контропоры.

Отвернуть болты 1 и 3, снять держатель 2 правой трубки охлаждающей жидкости.
Выкрутить резьбовую заглушку стрелка отверстия для „ВМТ“ на блоке цилиндров.
Вкрутить фиксирующий болт -T10340- до упора в блок цилиндров и затянуть моментом 30 Нм.

  • Фиксирующим болтом -T10340- коленвал блокируется только в направлении вращения двигателя.

  • Опасность повреждения двигателя.
    • Во избежание сползания звездочки цепи на коленвале из ведущего шкива, не проворачивать коленвал при ослабленном шкиве поликлинового ремня.

Ослабить болт шкива поликлинового ремня, при этом удерживать контропорой -3415- с пальцем -3415/1- .
Выкрутить болт и снять шкив поликлинового ремня.
Снять крышку цепи привода .
Для предохранения звездочки насадить на коленвал втулку 2 и вкрутить вручную болт 1 шкива поликлинового ремня коленвала.
Прижать натяжную планку 2 в направлении стрелки и зафиксировать поршень натяжителя цепи 1стопорным штифтом -T40011- .

  • Риск неисправности вследствие обратного хода уже используемой приводной цепи распределительных валов.
    • Для повторной сборки пометить стрелкой направление хода цепи привода, использовать для этого краску. Не наносить на цепной привод насечки кернером или аналогичными инструментами.
  • Опасность повреждения распредвалов.
    • Нельзя использовать фиксатор распредвалов -T10171 A- в качестве контропоры.
  • Опасность повреждения резьбы.
    • Болт фазовращателя имеет левую резьбу.

Выкрутить болт 2 фазовращателя 1 и болт 4 звездочки распредвалов 5, для этого удерживать контропорой -T10172- звездочку распредвалов.
Снять звездочку распредвалов вместе с цепью привода распредвалов 3.

  • Фазовращатель может оставаться на распредвале.

Установка

Моменты затяжки .

  • Заменить болты крепления звердочки распредвала и фазовращателя.
  • Заменить прокладки и уплотнительные кольца крышки распредвалов.

Проверить положение „ВМТ“ распредвала и коленвала:Фиксатор распредвалов -T10171 A- должен находиться на картере распредвалов.

  • Риск повреждения клапанного механизма.
    • При прокручивании распредвалы нельзя смещать по оси.

Фиксирующий болт -T10340- должен быть до упора вкручен в блок цилиндров и затянут моментом 30 Нм.Коленвал в направлении вращения двигателя должен прилегать к фиксирующему болту -T10340- .

  • Опасность повреждения резьбы.
    • Болт фазовращателя имеет левую резьбу.

Вкрутить без затяжки болт 2 фазовращателя 1.Фазовращатель должен еще проворачиваться на распредвалу, но не перекашиваться.
Установить звездочку распредвалов по нанесенным при снятии меткам.
Разместить цепь привода распредвалов 1 вместе со звездочкой 2 для выпускного распредвала на звездочке распредвала для коленвала и фазовращателя.
Не до конца ввернуть болт 3 звездочки распредвала.Звездочка должна проворачиваться на распредвалу, но не перекашиваться.
Закрепить звездочку распредвалов, для этого извлечь стопорный штифт -T40011- из натяжителя цепи 1.
Проверить еще раз положение „ВМТ“ распредвала и коленвала .

  • Опасность повреждения резьбы.
    • Болт фазовращателя имеет левую резьбу.

Затянуть болт 2 фазовращателя 1 моментом 40 Нм и болт 4 звездочки распредвалов 5 моментом 50 Нм, при этом удерживать контропорой -T10172- звездочку распредвалов.

  • Болты фазовращателя и звездочки распредвалов затягивать только после проверки фаз газораспределения на конечный момент затяжки.
  • При затягивании болтов не допускается проворачивание коленвала, а цепь привода распредвалов 3 должна оставаться натянутой на обеих сторонах.

Снять фиксатор распредвалов -T10171 A- .
Вывернуть фиксирующий болт -T10340- .
Провернуть коленвал в направлении вращения двигателя на 2 оборота и установить в „ВМТ“.„ВМТ“ = максимальное измеренное значение индикатором часового типа.

  • Если коленвал перекручен более чем на 0,01 мм за „ВМТ“, следует провернуть коленвал против направления вращения двигателя примерно на 45°. Затем установить коленвал в направлении вращения двигателя в „ВМТ“.
  • Допустимое отклонение от ВМТ: ± 0,01 мм.
  • Стрелку не учитывать.

Вкрутить фиксирующий болт -T10340- до упора в блок цилиндров и затянуть моментом 30 Нм.
Коленвал в направлении вращения двигателя прилегает к фиксирующему болту.
Вставить фиксатор распредвалов -T10171 A- до упора в отверстия распредвалов.Стопорные штифты стрелки 1 должны войти в отверстия стрелки 2.Подпись „TOP“стрелка 3 должна быть видна сверху.
Если не удается вставить фиксатор распредвалов -T10171 A- в отверстия до упора, повторить регулировку.
Если фиксатор распредвалов -T10171 A- вставляется, вновь извлечь его.
Вывернуть фиксирующий болт -T10340- .

  • Опасность повреждения резьбы.
    • Болт фазовращателя имеет левую резьбу.

Довернуть болт 2 фазовращателя 1 и болт 4 звездочки распредвалов 5 на заданный угол конечного момента затяжки, при этом удерживать контропорой -T10172- звездочку распредвалов.

  • Поз. 3 не учитывать.

Провернуть коленвал в направлении вращения двигателя еще на 2 оборота и установить в „ВМТ“.
Проверить регулировку, при необходимости, повторить ее.

  • Опасность повреждения двигателя.
    • Во избежание сползания звездочки цепи на коленвале из ведущего шкива, не проворачивать коленвал при ослабленном болте шкива поликлинового ремня.

Вывинтить болт 1 шкива поликлинового ремня.

  • Втулка 2 остается на коленвале.

Дальнейшая сборка осуществляется в обратной последовательности, при этом соблюдать следующее:
Установить крышку цепи привода .
Смазать перед монтажом уплотнительные кольца запорной крышки распредвалов.
Установить шкив поликлинового ремня для коленвала .
Затянуть резьбовую заглушку для отверстия „ВМТ“Илл..
Установить левые трубки ОЖ .
Установить свечу зажигания .
Установить трубку воздуховода .
Надеть кожух двигателя Илл..
Установить поликлиновой ремень .

Volkswagen Passat Чёрненькая турбо ›
Бортжурнал ›
Регулятор фаз газораспределения или по другому ГНЦ.

Регулятор фаз газораспределения или по другому ГНЦ.
Причины замены: Дизельный звук появлялся: при первой заводки 4-5сек., на холодную или горячую, в движении или когда машина просто стоит заведённая, при быстром темпе вождения так и при медленном., на холостых когда дизелит если поддать слегка газку дизельный звук проходил на несколько секунд. Смерили давление масла — всё в норме, поехал к своему человеку который занимается VW, AUDI и уже не раз менял ГНЦ, вобщем послушал он — сказал 100% ГНЦ к замене.
Когда сняли клапанную крышку — начали рассматривать ГНЦ : башмаки стёртые и сдавливается большим пальцем (возможно его можно было сделать, но также можно было попасть на дополнительные расходы, да и время у нас было ограничено что бы эксперементировать).
На моём ГНЦ номер 058 109 088 D как мне объяснили — это устаревший артикул и из-за того что он долгое время лежит на складах его цена большая 27 857,78р. вобщем 058 109 088 D и 058 109 088 K — это одно и тоже.

Я закупался в магазине «Искра» на пр-те Труда
ГНЦ 058 109 088 K 2дн. 19800р в Exist 2дн. 22 820,06р.
Цепь распредвалов 058 109 229 B 2дн. 2500р в Exist 2дн. 2 710,83р.
Прокладка клапанной крышки 058 198 025 A 2дн. 925.64 р в Exist 2дн. 1 037,24р.
+Фиксатор резьбы 120р
+Герметик

Делал с другом,
1-й Нюанс: ГНЦ пришёл со сёмным устройством но без прокладок вот их номерки к-т. 058 198 217 313,87р. обязательно их купите, мне пришлось ставить старые с тучой герметика…
2-й Нюанс: когда сняли распредвалы сальники на них в прямом смысле просто болтались и были стёртые, вобщем то не додумались их прикупить, вот их номерки : на распредвал выпскной 038 103 085 C 690,06р. на впускной 026 103 085 D 665,93р. тоже обязательно их купите.Мне пришлось бегать по магазинам искать сальники — нашёл только один сальник и поставили мы его на выпускной распредвал, где датчик хола оставили старый — его можно в любой момент поменять …
Вобщем сам процесс разборки и сборки описывать не буду так, как в «Else» всё отлично расписано.

Когда всё собрали обратно начали заводить — так как ГНЦ пустой набирал он масло минут 30,звук был как у громко работающих часов.Пол года езжу и радуюсь, дизельного звука нету.

Лада 2101 1.5 turbo( turbocopa) ›
Бортжурнал ›
РЕГУЛИРОВКА ФАЗ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА ВАЗ 8 и 16V

РАЗРЕЗНАЯ ШЕСТЕРНЯ

Один из вопросов: “Как лучше работает двигатель при сдвинутых фазах назад или вперед?” не корректен. Так как только правильно выставленные фазы обеспечивают эффективные характеристики работы мотора. Разрезные шестерни распредвалов, которые первоначально использовались в спорте, дают возможность регулировать фазы, не ослабляя ремень ГРМ. При этом возможно выставить калибровки на десятые доли градусов.

Крутящий момент и мощность ДВС зависит от технической части, таких как объём двигателя, длинна выпуска и выпуска, проходные сечения каналов. Фазы газораспределения это периоды закрытых и открытых клапанов, которые выражены в градусах поворота коленчатого вала, относительно нижней и верхней мертвой точки. ФГР отображается как круговые диаграммы.

Рассмотрим для примера двигатель ваз 21083, у которого установлен стандартный распредвал 2108, с зазорами 0,2±0,05мм впуск и 0,35±0,05мм выпуск.

Из рисунка видно, что и открытие и закрытие клапанов происходит раньше, чем поршень приходит в верхнюю мертвую точку (на 33 градусах), а вот закрывается несколько позже (на угол 80градусов), чем поршень переместиться к нижней мертвой точке. Перед впускным клапаном (в впускном канале), скорость потока воздушно-топливной смеси переменная. Когда клапан закрыт она равняется нулю, а когда открыт до 100 метров в секунду. Как только такт впуска завершается, клапан впуска начинает закрываться после того как поршень прошёл НМТ ( когда поршень двигается вверх), при этом сжимая горючую смесь. Таким образом когда обороты ДВС становятся высокими то появляется эффект газодинамического наддува. Другими словами инерционный подпор потока новой смеси помогает уплотнению «заряда», улучшая наполнение цилиндров новой рабочей смесью. Отсюда следует, что угол на который запаздывает закрытие впускного клапана (угол газодинамического наддува Г=80°) это один из главных характеристик распределительного вала.
Еще один из главных параметров это угол перекрытия клапанов (на нашем примере это П=33Гр+17Гр=50Гр). Пока поршень не достигнет верхней мертвой точки, впускной клапан начнёт уже открываться, а впускной еще не закрыт, наступает такой момент когда оба клапана и впускной и выпускной открыты, и тогда разрежение, создаваемое в выпускном коллекторе как бы «подхватывает» новую смесь в цилиндр. Этот эффект пропорционален оборотам двигателя, чем они выше тем лучше наполнение цилиндров.
Устанавливать разрезную шестерню стоит по 2м причинам:
1. На заводе, в процессе сборки большого количества двигателей, происходит небольшое отклонение в производстве моторов. Из за этих отклонений в деталях, значение ФГР одинаковых двигателей могут отличаться на 10 градусов, это составляет погрешность в рамках одного зубца на распределительной шестерни. Чтобы это компенсировать, нужно установить разрезную шестерню, с помощью которой можно изменить положение зубчатого венца относительно ступицы, которая имеет величину шага 0. У стандартной же регулировка вперед и назад на 1 зуб, а это шаг в 17 градусов по коленвалу, это и ведёт к потере мощности и крутящего момента.

2. При установке не стандартных распредвалов, которые имеют более высокий подъём кулачка и изменённый профиль, мощность поднимется, но если установить разрезную шестерню и правильно настроить ФГР, можно получить дополнительные 3-4% мощности.
На графике показаны 2 варианта настройки ФГР. Под цифрой 1 настройка на максимальную мощность, под цифрой 2 настройка на максимальный крутящий момент. Ре — мощность, Ме — крутящий момент, n — обороты двигателя.
Для примера можно рассмотреть оптимальные настройки фаз газораспределения для обеспечения промежуточного варианта. Нужно совместить максимальное перекрытие клапана с верхней мертвой точкой. Поворачиваем распредвал на нужные 8 градусов. Таким образом угол газодинамического наддува будет равен 88 градусам. (80+8), это реализует возможность лучше наполнять цилиндры на повышенных оборотах. Стоит уточнить, при более ранних открытиях впускных клапанов на средних и маленьких оборотах ухудшается наполнение цилиндров. Так как выпускные газы попадают в ресивер и обедняют новую воздушную смесь. Следовательно, когда мы уменьшили угол опережения открытия впускного клапана, мы улучшили горение смеси в режимах частичных нагрузок.
Фактическая проверка показывает, при правильной настройке ФГР мощность и момент поднимается до 3% от исходной мощности, при стандартном распредвале. Если настройку произвести до максимального увеличения мощности, можно увеличить мощность до 5%.
Стоит уточнить, если мотор восьми клапанный, то настроить можно только либо впускные клапаны, либо выпускные. На 16 клапанных двигателях возможно настроить и впускные и выпускные клапаны отдельно, тем самым можно увеличить мощность до 7%.
Настройка фаз газораспределения на 8 клапаном моторе ваз 2108-2110
1. разрезная шестерня 8V В начале нужно сделать отметки на разрезной шестерни. Берем разрезную шестерню и выставляем центральную часть относительно наружней части, также же как это сделано на стандартной шестерни.
2. Затем устанавливаем разрезную шестерню и одеваем ремень ГРМ. Следим за тем, чтобы метки на шкиве распредвала совпадали с меткой на задней крышке ремня. И дополнительно смотрим, чтобы метка на маховике была напротив среднего деления. (смотрим в люке картера сцепления)
3. Следующим шагом регулируем фазы. Для этого смотрим перекрытие на клапанах впуска и выпуска на 4 цилиндре. Необходимо настроить так, чтобы клапана были открыты на нужную величину, это величина задаётся установленным распредвалом. Например для равно-подъёмного распредвала впускной и выпускной клапан должен быть открыт на одинаковое значение. Для регулировки открытия клапанов, с начало ослабляем болты разрезной шестерни, затем крутим распредвал по отношению к внешней части шестерни. Таким образом регулируем до нужного положения.
4. Если необходимо дополнительно настроить фазы, и получить или еще большего увеличения крутящего момента, или л.с., то необходимо корректировать ФГР опираясь на контрольные заезды.
Регулировка фаз на классическом моторе проводится аналогичным образом!
Если необходимо увеличить крутящий момент на более низких оборотах, то необходимо поворачивать распредвал по ходу его движения. Таким образом, увеличим начальный угол при котором будет происходить открытие впускного клапана, а следовательно и закрытие выпускного клапана.
Если необходимо увеличить мощность на высоких оборотах, то необходимо вращать распредвал в обратном направление. Тем самым увеличиться газодинамический наддув, который будет дозаряжать цилиндры новой смесью.
5. Опыт показывает: нет необходимости сдвигать ФГР больше чем на 1/3 зуба на шестерне, в оба направления. Это равняется 3-4 градусам по распредвалу.
6. Если вы регулируете фазы на карбюраторном моторе, необходимо после любой регулировке распредвала, регулировать угол опережения зажигания.
Настройка и регулировка фаз газораспределения на Ваз 16V
1. Сначала меняем штатные распредвалы на новые спортивные вместе с разрезными шестернями. разрезные шестерни 16V
2. Затем путём сравнения стандартных шестеренок и разрезных, наносим метки на новые шестерни (в тех же местах, где и на стандартных). По этим меткам выставляем перекрытие клапанов (пусть и немного неточное). Поршни первого и четвертого цилиндра поднимаем в верхнюю мертвую точку, в момент, когда цилиндр буквально через полградуса начнет свое движение вниз, и затем ставим ремень ГРМ.
3. Устанавливаем планку для индикаторов часового типа. Всего должно быть три индикатора. Один для того, чтобы определить перемещение впускного клапана, второй — для выпускного, и третий — для определения ВМТ. Конструкция планки такова: по центру крепится индикатор, который через отверстие свечи будет показывать положение поршня. Индикаторы открытия впускного и выпускного клапана крепятся на планке под углом. Один под углом 25 градусов, другой под углом 335 градусов относительно индикатора ВМТ. Так как длины ножек индикаторов не хватит, то необходимо изготовить удлинители с резьбой для фиксации в индикаторах. Индикатор ВМТ отображает положение поршня (удлинитель должна упираться в поршень). Индикаторы клапанов отображают положение клапана (удлинитель должен упираться в толкатель).
4. Ищем положения, в которых впускные и выпускные клапана находятся в закрытом состоянии (то есть нулевые). Эти действия проделываем с четвертым цилиндром, также находим положение его верхней мертвой точки. Далее выставляем нужные перекрытия, производя регулировки с помощью разрезных шестерней.
5. Следующим шагом полностью производим затяжку болтов разрезных шестерёнок. Делаем полный оборот коленчатого вала, смотрим на настройки и если они не сбились — переходим к следующему шагу.
6. Производим сборку мотора и запускаем его.
7. Если после регулировки под значения производителя распредвалов мы видим, что режим работы ДВС не оптимальный, то дополнительные настройки придётся делать путём практических контрольно- измерительных заездов.
8. Помните о том, что рекомендуемые перекрытия производителя в наибольшей степени являются оптимальными и мало зависят от принципа впуска (атмо/турбо/etc). В случае, если распредвалы выставлены по рекомендуемым перекрытиям, мотор полностью исправен, но работа мотора неудовлетворительна – вероятнее всего конфигурация мотора неверна на стадии проектирования, и распределительные валы рекомендуется заменить (не подходят для данного мотора). Настоятельно не рекомендуем использовать распределительные валы, перекрытия которых не известны даже самому производителю, т.к. это с максимальной долей вероятности не приведет к успешному результату.

Зачем менять фазы газораспределения

Качество работы двигателя — его КПД, мощность, крутящий момент и экономичность зависят от многих факторов, в том числе и от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.
В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (то есть ширину фаз), а также величину хода клапанов.

В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. Из-за этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

Фазы газораспределения в поршневых двигателях внутреннего сгорания — это моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (окон). Фазы газораспределения обычно выражаются в градусах поворота коленчатого вала и отмечаются по отношению к начальным или конечным моментам соответствующих тактов.

Так, например, для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

Тюнеры часто мудрят со сдвигом фаз при помощи таких сборных звёздочек. Заменив штатный распредвал на «спортивный» с другими фазами, можно добиться существенной прибавки мощности.

При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить столь непростую задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими. При этом для лучшей продувки цилиндров фазу перекрытия обычно делают тем шире, чем выше обороты.

Хондовская VTEC (Variable Valve Timing and Electronic Control) так же, как и тойотовская VVT-I (Variable Valve Timing with intelligence), позволяет плавно изменять фазы газораспределения фазовращателем с гидравлическим управлением. Это достигается путём поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных клапанов в диапазоне 40—60° (по углу поворота коленчатого вала).

Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным. Вот так задачка!

Но конструкторы такие задачи уже давно щёлкают как семечки и способны при помощи сдвига и изменения ширины фаз газораспределения менять характеристики двигателя до неузнаваемости. Поднять момент? Пожалуйста. Повысить мощность? Не вопрос. Снизить расход? Не проблема. Правда, подчас получается так, что при улучшении одних показателей приходится жертвовать другими.

Doppel-VANOS (Doppel Variable Nockenwellen Steuerung) от BMW умеет двигать фазы плавно от начального до конечного значения. При помощи гидравлики система заведует как процессами впуска, так и выпуска.

А что если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Запросто. Благо способов для этого придумана масса. Один из них — применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. Наиболее часто такая система устанавливается на впуске. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Механизм газораспределения 3,2-литровой «шестёрки» FSI от Audi приводится цепями со стороны маховика. У каждого распределительного вала свой фазовращатель.

Но неуёмные инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами. Например, в тойотовской системе VVTL-i после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в 6000—6500 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

Система Valvetronic позволила отказаться от дроссельной заслонки, система меняет и степень открытия клапанов и фазы. Применяется она на моторах BMW с 2001 года. Ход клапана меняется при помощи электродвигателя и сложной кинематической схемы и пределах 0,2–12 мм.

Изменять момент и продолжительность открытия — это замечательно. А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм (ГРМ).

Аналогичная система от немецкой компании Mahle.

Чем вредна заслонка? Она ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних оборотах. Ведь во впускном тракте под прикрытым дросселем при работе двигателя создаётся сильное разрежение. К чему оно приводит? К большой инертности разреженной газовой среды (топливовоздушной смеси), ухудшению качества наполнения цилиндра свежим зарядом, снижению отдачи и уменьшению скорости отклика на нажатие педали газа.

Система Variable Valve Event and Lift System (VEL), разработанная Ниссаном, напоминает баварский Valvetronic. Специальный эксцентрик, который приводится от электродвигателя, смещает точку опоры коромысла, и за счёт этого изменяет ход клапана. Высота подъёма варьируется в пределах 0,5–2 мм.

Поэтому идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое для достижения нужного наполнения цилиндра горючей смесью. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. По разным данным, экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах 5—15 %. Но и это не последний рубеж.

Так работает «трёхступенчатый» i-VTEC (Intelligent Variable Valve Timing and Lift Electronic Control). На низкой частоте вращения топливо экономится благодаря тому, что половина впускных клапанов практически дезактивирована. При переходе на средние обороты ранее «дремавшие» клапаны включаются в работу, но их амплитуда не максимальна. На мощностных режимах впускные клапаны начинают работать от единственного центрального кулачка. Он обеспечивает максимальный подъём клапанов, кроме того, его профиль специально заточен под мощностные режимы. Управление режимами осуществляется гидравликой и электроникой.

Несмотря на то что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать ещё выше. За счёт чего? За счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод здесь сдаёт позиции электромагнитному.

Осенью 2007 года Toyota запустит в производство моторы с газораспределительным механизмом Valvematic, который будет изменять не только фазы газораспределения, но и высоту подъёма впускных клапанов. Не секрет, что многие производители достаточно давно применяют подобные системы. Но Toyota в серию такую систему запускает впервые. Мощность двухлитрового атмосферника 1AZ-FE, благодаря новому газораспределительному механизму, удалось поднять со 152 до 158 сил, а момент — с 194 до 196 Нм.

В чём ещё плюс электромагнитного привода? В том, что закон (ускорение в каждый момент времени) подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Зачем? В целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Да что режимы — прямо во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный. Интересно, скоро ли появятся такие системы на конвейере?

А это схема работы механизма VVTL-i, предложенная компанией Toyota. Здесь высота подъёма и продолжительность открытия обоих впускных клапанов изменяются скачкообразно. При работе двигателя на частотах вращения коленчатого вала до 6000 об/мин высота подъёма и продолжительность открытия обоих клапанов задаются кулачком (1), который через рокер (5) воздействует на оба клапана. На оборотах выше 6000 закон движения клапанов задаётся более высоким кулачком (2). Чтобы ввести его в строй, нужно переместить сухарь (3) вправо (сухарь перемещается под давлением масла, которое в нужный момент повышается в управляющей магистрали). После того как сухарь переместился вправо, кулачок (2) через шток (4), который до этого времени свободно качался, начинает воздействовать на клапаны через рокер.

Опытный образец четырёхцилиндрового мотора с электромагнитным приводом клапанов и непосредственным впрыском был создан компанией BMW. Здесь количество воздуха, поступающего в цилиндр, регулируется продолжительностью открытия клапана, ход при этом не регулируется. Якорь подпружиненного клапана помещён между двумя мощными электромагнитами, которые призваны удерживать его только в крайних положениях. Чтобы предотвратить ударные нагрузки, каждый раз при приближении к крайнему положению клапан тормозится. Положение и скорость перемещения клапана фиксируются специальным датчиком.

Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива. Но это — уже совсем другой разговор.

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.

Нерегулируемые и регулируемые фазы газораспределения

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);
  • клапанный механизм;
  • цепной или ременной привод от коленвала к распредвалу.

Газораспределительный механизм

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°.

Круговая диаграмма фаз газораспределения

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 регулировки фаз газораспределения

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.

Эффективность работы любого ДВС, КПД двигателя, показатель мощности, моментная характеристика и топливная экономичность напрямую зависят от ряда факторов. Одной из важных составляющих в списке являются фазы газораспределения. Ответить на вопрос, что такое фазы газораспределения двигателя, можно следующим образом. Под такими фазами стоит понимать своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов.

Большинство современных ДВС все более активно получают систему изменения фаз газораспределения, хотя еще около 20 лет назад массово доступный четырехтактный двигатель данной системы не имел. В обычном моторе клапаны открываются благодаря воздействию на них кулачков распределительного вала. Форма профиля кулачка распредвала определяет момент и продолжительность открытия клапана.

Рекомендуем также прочитать статью о системе рециркуляции отработавших газов ЕГР. Из этой статьи вы узнаете о том, что такое EGR, назначении и принципах работы данной системы.

Указанные параметры составляют так называемую ширину фазы газораспределения. Дополнительным параметром также является величина хода клапана (высота его подъема). Стоит учитывать, что топливно-воздушная смесь и отработавшие газы во впуске, в цилиндре ДВС и на выпуске ведут себя не одинаково, что зависит от различных режимов его работы. Скорость течения динамично изменяется, появляются колебания газовых сред, которые приводят к резонансам или застою. Все это влияет на эффективность наполнения цилиндров и их продувки на разных режимах работы силового агрегата.

Фиксированные фазы газораспределения заставляют конструкторов ДВС проектировать мотор так, чтобы присутствовала уверенная тяга в диапазоне низких и средних оборотов, но при этом оставался запас мощности для поддержания набранной скорости и дальнейшего ускорения автомобиля при выходе ДВС на режимы около зоны максимальных оборотов. Дополнительно необходимо обеспечить устойчивую работу силового агрегата на холостом ходу, эластичность на переходных режимах, а также экономичность и экологичность силовой установки. Если фазы газораспределения фиксированы, то улучшение одних параметров закономерно повлечет ухудшение других. Для решения этой задачи была разработана система изменения фаз газораспределения, которая гибко и динамично изменяет основные параметры работы ГРМ зависимо от того режима, в котором работает двигатель в определенный момент.

Система изменения фаз газораспределения VVT (англ. Variable Valve Timing) создана для динамичной корректировки рабочих параметров механизма газораспределения. Данное управление осуществляется с учетом различных режимов работы силового агрегата. Использование указанной системы регулировки фаз газораспределения позволяет добиться повышения мощности мотора и моментной характеристики. Система VVT обеспечивает экономию горючего, а также снижает токсичность выхлопных газов в процессе работы двигателя.

Система изменения фаз газораспределения влияет на основные параметры работы газораспределительного механизма. К таким параметрам относят моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, длительность времени открытия клапана и высоту его подъема. Указанные параметры представляют собой в итоге фазы газораспределения, так как от них зависит продолжительность такта впуска и выпуска, что выражается тем углом, на который повернут коленчатый вал двигателя по отношению к мертвым точкам (ВМТ и НМТ) во время движения поршня в цилиндре. Форма кулачка распределительного вала определяет фазу газораспределения, так как указанный кулачок оказывает прямое воздействие на впускной или выпускной клапан ГРМ.

Для чего необходима система изменения фаз газораспределения

Для достижения наибольшей эффективности применительно к динамично изменяющимся режимам работы ДВС необходима различная величина фаз газораспределения. В режиме холостого хода наиболее рациональными становятся «узкие» фазы газораспределения, под которыми понимается позднее открытие и ранее закрытие клапанов. При этом исключается перекрытие фаз, под которым понимается время одновременного открытия впускного и выпускного клапана. Это необходимо для того, чтобы исключить попадание выхлопных газов во впуск и выброс топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор.

Выход мотора на режим максимальной мощности означает повышение оборотов, так как распредвал крутится быстрее и время открытия клапанов сокращается. Для того чтобы не терялась мощность и крутящий момент на высоких оборотах сохранялся, в двигатель должно поступать намного больше топливно-воздушной смеси, а выпуск отработавших газов должен быть реализован максимально эффективно. Задача решается путем раннего открытия клапанов и увеличения времени их открытия, делая фазу «широкой». Фаза перекрытия также расширяется до максимума с ростом оборотов, что необходимо для качественной продувки цилиндров.

Если мотор работает на низких оборотах, нужны максимально короткие фазы газораспределения. Это означает, что время открытия клапанов должно быть минимальным по продолжительности, обеспечивая так называемые «узкие» фазы. Высокие обороты двигателя требуют полной противоположности в виде «широких» фаз газораспределения. Время открытия клапана должно быть увеличено до максимума, параллельно обеспечивая такты впуска и выпуска, а также эффективное перекрытие.

Сам кулачок распредвала имеет форму, которая способна обеспечить как реализацию узкой, так и широкой фазы. Проблема заключается в том, что фиксированная форма кулачка не позволяет одновременно добиться узких и широких фаз газораспределения. Получается, форма кулачка подобрана с расчетом на возможный оптимальный баланс между высоким показателем крутящего момента на низких оборотах ДВС и максимальной мощностью агрегата в режиме высокой частоты вращения коленчатого вала. Система изменения фаз газораспределения позволяет намного более гибко изменять эти параметры, буквально «подстраивая» ГРМ под конкретный режим работы двигателя для достижения лучшей отдачи от мотора и топливной экономичности.

Системы изменения фаз газораспределения представлены несколькими видами. Главные отличия заключаются в тех и или иных параметрах регулировки ГРМ в процессе его работы. Сегодня используются следующие решения для управления фазами газораспределения:

  • система поворота распредвала;
  • кулачки распредвала с различным профилем;
  • система изменения высоты подъема клапанов;

Система на основе гидроуправляемой муфты

Широкое распространение получили системы изменения фаз газораспределения, принцип работы которых основан на осуществлении поворота распредвала. К таким схемам управления фазами газораспределения относят: японскую систему VVT-i, Dual VVT-i, решение немецкого концерна BMW под названием VANOS, Double VANOS, схему VVT от Volkswagen, управление фазами газораспределения VTEC от Honda, систему CVVT брендов Hyundai, Kia и концерна GM, регулировку фаз VCP от Renault и т.д.

Работа указанных выше систем основывается на небольшом повороте распредвала по ходу его вращения. Такой способ позволяет добиться раннего открытия клапанов сравнительно с их базовым начальным положением. Данный тип систем изменения фаз газораспределения конструктивно состоит из специальной муфты, которая управляется гидравлическим способом, а также дополнительной системы управления указанной муфтой. Гидроуправляемая муфта среди автомехаников получила название фазовращатель.

Поворот распредвала осуществляется при помощи электроники управления и гидравлики, а сама система чаще всего затрагивает только впускные клапаны. Рост оборотов ДВС приводит к тому, что фазовращатель осуществляет проворот распредвала по ходу его вращения, впускные клапана открываются раньше и цилиндры намного более эффективно наполняются рабочей смесью в режиме высоких оборотов.

Получается, гидроуправляемая муфта реализует поворот распредвала ГРМ. Данная муфта конструктивно включает в себя:

  • ротор, который соединен с распредвалом;
  • корпус, которым выступает шкив привода распредвала;

В определенные полости, которые расположены между ротором и корпусом-шкивом, попадает моторное масло из системы смазки ДВС. Масло в муфту подается по особым каналам. Когда моторное масло заполняет одну или другую полость муфты, осуществляется поворот ротора по отношению к корпусу. Этот поворот ротора означает, что и распределительный вал будет повернут на необходимый угол.

Чаще всего местом установки гидроуправляемой муфты становится привод того распределительного вала, который отвечает за работу впускных клапанов. Встречаются также конструкции ДВС, когда подобные муфты-фазовращатели стоят как на впускном распредвале, так и на выпускном. Данное решение позволяет шире и эффективнее регулировать параметры работы ГРМ на впуске и выпуске, но усложняет механизм.

Электронное управление автоматически регулирует работу гидроуправляемой муфты. Система такого управления включает в себя:

  • группу входных датчиков;
  • электронный блок управления;
  • список исполнительных устройств;

Система управления получает показания от датчика Холла, который производит оценку положения распредвалов. Дополнительно задействованы и другие датчики, которые используются ЭБУ для управления работой всего двигателя.

К таковым относят датчик, измеряющий частоту вращения коленвала, температурный датчик охлаждающей жидкости (ОЖ), датчик расхода воздуха и другие. Сигналы от этих датчиков подаются в ЭБУ, который после отправляет соответствующий сигнал на специальное управляющее (исполнительное) устройство.

Таким устройством, на которое воздействует электронный блок управления двигателем, является электромагнитный клапан (электрогидравлический распределитель). Клапан представляет собой распределитель, который при необходимости открывает доступ потоку моторного масла к гидроуправляемой муфте, а также реализует отвод масла от фазовращателя. Это зависит от того, в каком режиме работает силовой агрегат.

Данная схема изменения фаз газораспределения с использованием муфты задействуется в момент работы двигателя на холостом ходу, (мотор работает на самых низких оборотах), в режиме максимальной мощности на высоких оборотах, а также в том режиме, когда осуществлен выход ДВС на максимум крутящего момента.

Система ступенчатого изменения фаз газораспределения

Эволюция систем изменения фаз газораспределения позволила инженерам не только осуществлять сдвиг фаз, но и эффективно выполнять их расширение и сужение. Следующим типом систем изменения фаз газораспределения являются решения, основанные на использовании кулачков распредвала разной формы. Благодаря такому способу удается достичь ступенчатого изменения момента времени, на который открывается клапан, а также изменить саму высоту подъема клапанов. В списке подобных систем находится VVTL-i от автогиганта Toyotа, VTEC японской Honda и MIVEC от Mitsubishi, решение от Audi под названием Valvelift System и другие.

Указанные системы похожи друг на друга как конструктивно, так и по принципу действия. Немного отличается только немецкая Valvelift System. Наибольшую известность получила системаVVTL-i, VTEC и MIVEC. В основе таких систем изменения фаз газораспределения находятся кулачки с различным профилем, а также система управления. Распределительный вал в таких системах управления фазами газораспределения выполнен так, что имеет сразу два кулачка малого размера, а также один кулачок большего размера. Меньшие кулачки при помощи специального рокера (коромысла) соединяются с впускными клапанами. Большой кулачок отвечает за перемещение одного незадействованного коромысла.

Такая система изменения фаз газораспределения позволяет переключаться с малых кулачков на большой зависимо от режима работы ДВС. Переход между режимами достигается благодаря тому, что происходит срабатывание специального механизма блокировки. Указанный блокирующий механизм основан на гидравлическом приводе.

Когда мотор работает на низких оборотах и при незначительной нагрузке, впускные клапаны приводятся в действие малыми кулачками распределительного вала, фазы газораспределения в таком режиме имеют небольшую продолжительность (узкая фаза).

Если двигатель раскручивается до определенных оборотов, система управления активирует механизм блокировки. В результате происходит соединение коромысел малых и большого кулачков, что обеспечивает жесткость конструкции. Соединение происходит при помощи особого стопорного штифта, а усилие на впускные клапаны начинает поступать от единственного большого кулачка. Малые кулачки распредвала на высоких оборотах двигателя становятся неактивными.

Существующие разновидности систем VTEC могут иметь сразу три режима регулирования ГРМ. В данной модификации на низких оборотах ДВС работает один малый кулачок распредвала, который осуществляет открытие только одного впускного клапана. Два маленьких кулачка задействуются в режиме средних нагрузок и оборотов двигателя, обеспечивая открытие двух впускных клапанов. Большой кулачок вступает в действие при выходе силовой установки на режим оборотов, приближенных к максимальным.

Система изменения фаз газораспределения I-VTEC, которая представлена производителем Honda, объединила в себе главные преимущества решений как VTC, так и VTEC. Регулирование по трем ступеням обеспечивает существенную экономию топлива. При низкой частоте вращения половина впускных клапанов практически не имеет активности. Увеличение частоты вращения до уровня средних оборотов подключает дезактивированные клапаны, но высота их подъема не подразумевает полного открытия.

Выход на режим максимальных оборотов заставляет впускные клапаны работать от центрального кулачка большого размера. Указанный кулачок имеет особый профиль, который специально подобран для достижения максимального подъема клапанов, что означает повышение отдачи от ДВС на мощностных режимах работы агрегата. Такой подход значительно расширил возможности управления параметрами ГРМ для эффективного регулирования работы двигателя на различных режимах.

Если рассмотреть пример с системой VVTL-i от Toyota, то после выхода мотора с таким решением на обороты около 6000 об/мин стандартный кулачек распредвала исключается из работы и замещается кулачком с измененным профилем. Указанный кулачек обеспечивает дугой алгоритм работы клапана, сдвигает (расширяет) фазу и увеличивает высоту его подъема. На практике это будет означать, что при выходе мотора на режим высоких оборотов у двигателя появится резкий прирост тяги, необходимый для обеспечения дальнейшего уверенного разгона.

Схема работы системы VVTL-i строится на следующем алгоритме. Время открытия и высота подъема впускных клапанов регулируется аналогично другим решениям. Когда мотор работает в режиме оборотов до 6000 об/мин, тогда воздействие на клапан осуществляет меньший кулачок распредвала, который оказывает нажатие на рокер и таким образом открывает клапана. После набора оборотов выше заданной отметки управлять открытием клапанов начинает высокий кулачок с особым профилем. Для его активации специальный сухарь под давлением масла перемещается.

За своевременную подачу моторного масла по специальной магистрали в точно необходимый момент отвечает система управления. Давление масла и перемещение сухаря позволяет кулачку распредвала через специальный шток, который до этого находился в свободном положении, начать воздействовать на клапан посредством коромысла.

Система регулирования высоты подъема клапана

Дальнейшее развитие систем изменения фаз газораспределения привело к появлению сложных решений, которые основаны на управлении высотой подъема клапанов. Новатором в данной области стала компания BMW, представившая систему под названием Valvetronic на своих моторах в 2001 году.

Регулирование высоты подъема клапана дополнительно позволило исключить из схемы дроссельную заслонку применительно к основным режимам работы ДВС. Наличие заслонки заметно снижает эффективность наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью в режиме низких и средних оборотов. Причина кроется в том, что во впускном коллекторе (в области дросселя) в процессе работы ДВС возникает разрежение. Топливно-воздушная смесь в таких условиях разрежения становится инертной, цилиндры наполняются менее эффективно, реакция на нажатие педали газа теряет остроту и становится замедленной.

Лучшим решением данной проблемы становится механическое открытие впускного клапана на такой момент времени, который необходим для эффективного наполнения цилиндра рабочей топливно-воздушной горючей смесью. Продолжительность фазы впуска (впускной фазы) в системах регулирования высоты подъема клапана изменяется зависимо от того, как сильно была нажата педаль газа. Система бездроссельного управления позволяет заметно экономить топливо (до 15% сравнительно с другими решениями), а также повышает мощностную характеристику на 10 % и более.

Конструктивно ГРМ в таких системах способен управлять работой силовой установки на разных режимах. На похожем принципе основываются также решения Valvematic от Toyota, решение VEL компании Nissan, VTI от Peugeot и другие. Что касается системы изменения высоты подъема клапана Valvetronic, возможность управления данным параметром реализована благодаря специальной кинематической схеме. Решение Valvetronic ставится на впускные клапаны. Традиционная конструкция, которая включает в себя кулачок распредвала, рокер (коромысло) и клапан, получила развитие в виде установки дополнительных элементов.

Система имеет эксцентриковый вал, а также промежуточный рычаг. Указанный эксцентриковый вал начинает вращаться при помощи усилия, которое создает электродвигатель посредством червячной передачи.

Такое вращение эксцентрикового вала оказывает воздействие на промежуточный рычаг, в результате чего изменяется его положение (происходит смещение точки опоры). Смена положения заставляет коромысло двигаться так, чтобы переместить (открыть) клапан точно на необходимую величину.

Система изменения высоты подъема клапана работает постоянно, а высота подъема клапанов напрямую зависит от того или иного режима работы силового агрегата. Клапана могут подниматься в переделах от 0,2 до 12 мм. Система VEL от компании Ниссан обеспечивает высоту подъема клапана в рамках от 0,5 до 2 мм.

Электромагнитный привод клапана

Сегодня конструкторы ДВС практически полностью используют потенциал ГРМ. Проектируется максимально возможное количество клапанов на цилиндр, а сами размеры клапана достигли своего предела. Но эволюция двигателя на данном этапе продолжается. Улучшить наполняемость и продувку цилиндров двигателя можно также за счет скорости, с которой возможно реализовать открытие и закрытие клапанов. Речь идет о ГРМ, в котором клапана имеют электромагнитный (электромеханический) привод, который заменяет механический с электронным управлением. Более того, распределительный вал в таком ГРМ полностью отсутствует.

Электромагнитный привод ГРМ получил название EVA (англ. Electromagne­tic Valve Actuator) и позволяет изменять фазы газораспределения максимально широко. Система с электромагнитным приводом может открывать только нужные клапана (что аналогично управляемому отключению цилиндров), причем делать это в точно определенный момент зависимо от режима работы ДВС. Решение способно экономить топливо на холостом ходу, в момент торможения двигателем и т.п. Количество попадающего в цилиндр двигателя воздуха регулируется временем открытия впускного клапана.

Сама длина хода клапана не является регулируемым параметром. Клапан крепится за счет пружины, а также имеет якорь. Такой якорь электромагнитного клапана размещен между двумя электромагнитами определенной мощности. Задачей таких электромагнитов становится удержание клапана в том или ином крайнем положении.

Точность положения, в котором необходимо осуществить фиксацию клапана, определяется предназначенным для этого отдельным датчиком. Снижение разрушительных нагрузок на электромагнитный ГРМ в момент приближения клапана к его крайней точке (особенно в момент посадки клапана в седло) осуществляется благодаря «торможению» клапана.

FILED UNDER : Разное

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*