Регулирование фаз газораспределения ДВС

Зачем менять фазы газораспределения

Задача механизма газораспределения — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От того, насколько грамотно подобраны фазы газораспределения, зависит экономичность мотора, мощность и развиваемый момент.

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. этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

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.

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.

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.

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.

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 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 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

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).

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.

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 %. Но и это не последний рубеж.

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.

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?

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.

На сайте вы найдете информацию о том как сделать качественный ремонт автомобиля своими руками, подробные фото отчеты по ремонту ауди с4, а также много полезной информации о диагностике и профилактике неисправностей.

Top menu

  • Главная
  • Карта сайта
  • Шинный калькулятор
  • Форум
  • Новости
  • Обратная связь

поиск google

Breadcrumbs

Меню сайта:

  • Техническое обслуживание
  • Устройство и принцип действия
  • Диагностика и устранение неисправностей
  • Фото отчеты ауди с4
  • Cоветы автомобилистам

Последние публикации

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 3)

В первой и второй частях мы снимали обшивку потолка, сегодня же мы займемся самой перетяжкой.

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 2)

Продолжим снятие обшивки потолка. В первой части мы сняли обшивку люка и накладки передних стоек. Сегодня мы все-таки снимем потолок.

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 1)

В уже не молодых автомобилях, не редко можно столкнуться с проблемой провисания потолка. Происходит это, как правило, по двум причинам:

Система изменения фаз газораспределения.

Что такое фазы газораспределения в двигателе внутреннего сгорания? Именно с этого ответа на вопрос мы начнем с вами статью.

Фазами газораспределения принято считать момент с начала открытия и до конца закрытия впускного или выпускного клапана, относительно положения поршня (верхняя или нижняя мертвая точка), выраженного в градусах угла поворота коленчатого вала.

В большинстве двигателей внутреннего сгорания установленных на автомобилях, фазы газораспределения одинаковы на всех режимах работы двигателя, то есть они остаются неизменными, будь это холостой ход или режим полной нагрузки на высокой частоте вращения коленчатого вала. В результате все это сказывается на малой эффективности работы двигателя и снижению его КПД, так как на разных режимах работы требуется разная величина фаз газораспределения. Например, для низких оборотов требуются короткие фазы, имеющие минимальную продолжительность, для высоких оборотов наоборот, необходимы широкие фазы, которые будут перекрывать такт впуска и выпуска.

Читайте также  Особенности поставок импортного оборудования из Германии

Мы знаем, что работой впускных и выпускных клапанов управляет распределительный вал, точнее его кулачки. Так вот, чтобы на двигателях с постоянными фазами газораспределения, добиться оптимальной работы, как на низких, так и на высоких оборотах, особое внимание инженеры конструкторы уделяют форме и размерам кулачков распредвала, ведь именно от них зависит продолжительность фазы газораспределения.

В поисках компромиссов чему больше отдать предпочтение высокому крутящему моменту на низких оборотах или повышенной мощности на высоких оборотах, инженеры потихоньку пришли к решению создать систему с изменяемыми фазами газораспределения. В которой для каждого режима работы двигателя фазы газораспределения будут индивидуальны.

Впервые система изменения фаз газораспределения была применена в 1983 на легендарной марке автомобилей Альфа Ромео. После удачного опыта, применение данной системы, она стало появляться и на других известных марках, таких как Mercedes-Benz, Porsche, BMW, Honda и др.

Основными положительными качества данной системы являлось то, что получилось добиться:

  1. Заметного улучшения работы двигателя на холостом ходу.
  2. Снижение расхода топлива.
  3. Увеличение мощности.
  4. Оптимального крутящего момента на различных оборотах.
  5. Естественной рециркуляции отработавших газов, а с ней и уменьшение выбросов оксида азота в атмосферу.

Добиться изменения фаз газораспределения можно несколькими способами, на данный момент их три:

  • с помощью поворота распредвала.
  • применение кулачков разной формы.
  • изменением высоты подъема клапанов.

Система автоматического изменения фаз газораспределения с помощью поворота распределительного вала.

Данный способ изменения фаз нашли применение на следующих марках автомобилей:

  • Toyota — VVT-i (Dual VVT-i);
  • Volkswagen — VVT;
  • Honda — VTC;
  • Volvo, Hyundai, Kia — CVVT;
  • Renault — VCP;
  • BMW VANOS;
  • General Motors;

На впускном (аналогично и на выпускном) распределительном валу расположена гидромуфта, которая под контролем блока управления поворачивает его на заданный угол, тем самым, изменяя фазу газораспределения.

Весь механизм установлен на головке блока цилиндров, снизу к нему подходят масляные каналы системы смазки двигателя для управления обоими гидромуфтами. На корпусе механизма установлены два электрогидравлических распределителя, которые и обеспечивают подвод масла к муфте.

состоит из ротора, жестко закрепленного на распределительном валу и корпуса муфты в роли, которой выступает шкив газораспределения. В роторе расположены масляные каналы, по которым масло заполняет камеры образованные между ротором и корпусом. Заполнение той или иной части камеры приводит к повороту ротору относительно корпуса, что в итоге обеспечивает поворот распределительного вала на необходимый в данный момент угол.

Сама система устроена таким образом, что в блок управления поступают основные сигналы параметров двигателя: частота вращения двигателя, расход воздуха и его температура, температура охлаждающей жидкости, данные с датчиков Холла установленных на механизме газораспределения. На основании этих данных блок управления посылает сигналы электрогидравлическим распределителям, которые в свою очередь управляют самой гидромуфтой, под действием давления масла в системе смазки автомобиля.

Система автоматического изменения фаз газораспределения с разной формой кулачков.

Эту технологию себе на вооружения взяли следующие марки: В первую очередь снова выступает Honda со своей известной системой – VTEC;

  • Toyota — VVTL-i;
  • Mitsubishi — MIVEC;
  • Audi — Valvelift System;

Данный вид системы изменения фаз газораспределения разберем на примере системы VTEC.

Система устроена следующим образом: На каждый цилиндр имеется два впускных клапана 1, три коромысла 2 и три кулачка на распределительном валу. Два крайних одного размера 3, а третий по середине большего 5.

  1. На малых оборотах под воздействием малых кулачков усилие на впускные клапана передаются через крайние коромысла, обеспечивая их открытие в данном режиме. Среднее коромысла в этом режиме работы двигателя не участвует, что в итоге обеспечивает короткие фазы газораспределения.
  2. При переходе двигателя в режим высоких оборотов автоматически срабатывает гидравлический блокирующий механизм 4, который соединяет все коромысла между собой вместе.
  3. Теперь на коромысла воздействует только средний, кулачок большего размера, что приводит к удлинению фаз газораспределения.

В другой модификации системы VTEC, в отличие от предыдущей, присутствуют три режима регулировки, на малых, на средних и на высоких оборотах. В этой системе три кулачка разного размера. На малых оборотах в работе участвует один малый кулачок, открывающий только один впускной клапан. На средних оборотах два малых кулачка открывающие оба клапана. На высоких оборотах, так же как и в предыдущем случае, один большой открывающий оба клапана.

На современных двигателях Honda использует результат двух объединенных систем VTEC и VTC, такая система получила название I-VTEC. Она более сложная, нежели ее предшественники, но в то же время благодаря объединению этих двух систем в единое целое I-VTEC получила возможность расширить параметры регулирования.

Система автоматического изменения фаз газораспределения изменением высоты подъема клапанов.

Первый успех в применении системы регулировки высоты подъема впускного клапана добилась BMW, представив в 2001 году на Женевском автосалоне своей BMW 316ti Compact с системой Valvetronic.

После успеха BMW в освоение данной системы, добились подобного результата и следующие марки:

  • Nissan — VEL;
  • Toyota – Valvematic;
  • Fiat – MultiAir;
  • Peugeot — VTI;

Данную систему можно считать наиболее совершенной, так как при использовании этой системы можно полностью отказаться от дроссельной заслонки, не слишком совершенного узла участвующего в регулировании подачи топливной смеси.

1) Электродвигатель (сервопривод). 2) Червячный вал. 3) Пружина возвратная. 4) Впускной распредвал. 5) Выпускной распредвал. 6) Червячная шестерня. 7) Эксцентриковый вал. 8) Промежуточный рычаг. 9) Коромысло впускного клапана. 10) Гидрокомпенсатор выпускного клапана. 11) Коромысло выпускного клапана. 12) Выпускной клапан. 13) Гидрокомпенсатор впускного клапана. 14) Впускной клапан.

В системе изменения высоты подъема клапанов помимо классической связки распределительный вал – коромысло – клапан, присутствует еще эксцентриковый вал и промежуточный рычаг.

Так же как и в предыдущих системах всем управляет блок управления, получающий сигналы с датчиков установленных на двигатели. Сопоставляя все поступившие сигналы, он посылает сигнал управления сервоприводу 1, который через червячный вал 2, вращает эксцентриковый вал 9.

Эксцентриковый вал 9 в свою очередь изменяет положение промежуточного рычага 10, а он через коромысло 11 высоту подъема впускного клапана 16 регулируя фазы газораспределения. Таким образом, данная система может очень точно подобрать необходимую фазу газораспределения на любых оборотах.

Устройство для регулирования фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания

Владельцы патента RU 2634345:

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство для регулирования фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания содержит размещенный соосно распределительному валу элемент привода с плитой (1), соединенный с коленчатым валом двигателя. Элемент привода с плитой (1) и распределительный вал (2) связаны между собой центробежным механизмом регулирования фаз. Механизм регулирования фаз смонтирован на плите (1) элемента привода и имеет узел передачи управляющего усилия на распределительный вал (2) в виде зубчатой передачи с одним ведомым элементом (3). Ведомый элемент (3) жестко соединен с распределительным валом (2) и с двумя и более ведущими элементами (4), на каждом из которых жестко закреплен центробежный рычаг (5), огруженный массой (6). Каждый центробежный рычаг (5) выполнен двухзвенным. Огруженный массой (6) конец центробежного рычага (5) опирается на цилиндрическую поверхность (7) переменной кривизны с возможностью перемещения по ней под действием центробежных сил в пределах, ограниченных регулируемыми упорами (9), (10). Траектория перемещения массы (6) расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма. Технический результат заключается в постоянстве обеспечения заданных фаз газораспределения, скоростному режиму двигателя во всем диапазоне рабочих режимов. 1 ил.

Читайте также  6 простых правил для улучшения навыков вождения

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для регулирования фаз газораспределительного механизма (ГРМ) при модернизации существующих и разработке новых ДВС машин (мобильных устройств), для которых не предусмотрены бортовые компьютеры автоматического управления и контроля систем двигателя.

Большинство автотракторных двигателей машин, не оборудованных бортовой компьютерной системой, имеют постоянные значения углов фаз ГРМ, обеспечивающие наилучшие эффективные показатели работы ДВС фактически только на одном режиме работы; отклонение от этого режима вследствие изменения условий работы или изменения вследствие изнашивания звеньев кинематической цепи «коленчатый вал — клапан» ведут к существенному ухудшению показателей работы (снижению мощности, увеличению удельного расхода топлива и др.).

Известно устройство регулирования фаз ГРМ, описанное в патенте США №4522085 МПК F01L 1/34 11.06.1985 г., в котором привод, соединяющий коленчатый вал и распределительный вал, содержит шлицевое соединение, выполненное по винтовой линии, а изменение взаимного углового положения шлицевой пары, участвующей в передаче движения от коленчатого вала к кулачковому, достигается за счет осевого перемещения одной детали пары (втулки) относительно другой (вала); при этом величина перемещения и необходимое при этом усилие определяются параметрами центробежного регулятора, выполненного по классической схеме, содержащей центробежные рычаги с массой, осевую втулку-ползун и упругий элемент (возвратную пружину).

При относительной простоте данный способ и устройство не обеспечивают необходимое (задаваемое конструктором) соответствие «режим работы — величина угла фаз», а наличие упругого элемента (пружины) предопределяет изменение характеристик регулятора вследствие изменения упругости пружины во время эксплуатации; габаритно-массовые размеры устройства таковы, что использование такого регулятора потребует существенного изменения сопряженных с ним деталей двигателя или изменения компоновочных решений двигателя в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является устройство для регулирования фаз ГРМ, описанное в патенте РФ №2330169, МПК F02D 13/02 (прототип), которое содержит размещенный соосно распределительному валу элемент привода, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал, связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз, который имеет узел передачи управляющего усилия на распределительный вал. Передача имеет червячное колесо, жестко установленное на распределительном валу и образующее зацепление с червяками, на каждом из которых жестко установлены центробежные рычаги и возвратные пружины. Под действием центробежных сил нагружается возвратная пружина и происходит поворот червяка, изменяя таким образом угловое взаиморасположение червячного колеса и кулачкового вала.

Устройство такого типа имеет большие габаритные и массовые размеры. Кроме того, не представляется возможным при регулировании фаз газораспределения ДВС задать интенсивность изменения угла фаз в определенном диапазоне регулирования, а наличие упругого элемента в виде витой пружины сопряжено с изменением параметров регулирования вследствие старения материала пружины.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание простого и компактного устройства регулирования фаз газораспределения ДВС, обеспечивающего оптимальные и стабильные во всем диапазоне регулирования значения фаз ГРМ, в результате работы которого достигается улучшение технико-экономических показателей работы двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении кинематическая цепь передачи включает размещенный соосно распределительному валу элемент привода с плитой, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал, связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз, смонтированным на плите, жестко закрепленной на элементе привода, и имеющим узел передачи управляющего усилия на распределительный вал в виде зубчатой передачи с одним ведомым элементом, жестко соединенным с распределительным валом, и с двумя и более ведущими элементами, на каждом из которых закреплен центробежный рычаг, огруженный массой, в отличие от прототипа каждый центробежный рычаг выполнен двухзвенным, огруженный массой конец которого опирается на цилиндрическую поверхность переменной кривизны с возможностью перемещения по ней под действием центробежной силы. Диапазон перемещения при этом ограничен регулируемыми упорами, а траектория перемещения массы расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма.

Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в обеспечении постоянства соответствия «скоростной режим двигателя — заданное значение угла фаз ГРМ» во всем диапазоне рабочих режимов двигателя. Замена возвратной пружины (в прототипе) на криволинейную поверхность, сопряженную с двухзвенным рычагом, позволяет стабилизировать соответствие режимов работы двигателя и им соответствующих оптимальных углов фаз газораспределения.

Принципиальная схема устройства представлена на фигуре.

Устройство для регулирования фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания (фигура) содержит соосно размещенные элемент привода с плитой 1, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал 2, кинематически связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз на основе зубчатой передачи, ведомый элемент 3 которой соосно и жестко соединен с распределительным валом 2.

Ведущие элементы 4 зубчатой передачи (два и более) смонтированы на плите 1 и соединены жестко с одним концом двухзвенного рычага 5, а свободный конец двухзвенного рычага огружен массой 6, создающей центробежную силу и опирающейся на цилиндрическую поверхность переменной кривизны 7 с возможностью перемещения по ней в пределах ограниченных регулируемыми упорами 9 и 10, при этом траектория перемещения массы расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма. Опорная поверхность 7 с упорами 9 и 10 смонтирована на плите 1 с возможностью изменения углового положения относительно вектора центробежной силы. Характер изменения кривизны опорной поверхности 7 задается разработчиком в зависимости от особенностей конструкции двигателя, диапазона изменения скоростных режимов его работы и значения угла фаз ГРМ, оптимального для каждого скоростного режима.

Изменение, в заданных пределах, кривизны опорной поверхности выполнено так, что каждому скоростному режиму (величине угловой скорости вала) соответствует точка контакта рычага с опорой, где сумма векторов всех сил равна нулю, и перемещение центробежного рычага (изменение угла фаз газораспределения) при этом отсутствует.

Устройство работает следующим образом. При работе двигателя в режиме пуска и холостого хода усилие на прокручивание распределительного вала передается через элемент привода с плитой 1, на ось 8 и на зубчатую передачу. Начальное угловое взаиморасположение элементов кинематической цепи таково, что при упоре рычага 5 в винт регулирующего упора 9 угол фаз ГРМ наилучшим образом соответствует работе двигателя на режимах холостого хода и близких к нему.

При достижении угловой скорости вращения вала до значений, когда крутящий момент, создаваемый центробежной силой, превышает момент сопротивления на прокручивание распределительного вала, происходит отрыв рычага с массой от упора 9. С увеличением угловой скорости двухзвенный рычаг поворачивается совместно с ведущим элементом зубчатой передачи пока не будет выполнено условие (для каждого установившегося режима):

Fц, Fтр, Fкр — приведенные к точке контакта «двухзвенный рычаг — опорная поверхность» векторные значения соответственно центробежной силы, силы трения в контакте «рычаг — опорная поверхность» и силы от момента сопротивления на прокручивание распределительного вала.

Соответствие углового положения центробежного рычага скоростному режиму во всем диапазоне его изменения достигается за счет динамического равновесия сил, приведенных к опорной поверхности в каждом промежуточном положении центробежного рычага, при этом скоростной режим номинальной нагрузки двигателя соответствует положению центробежного рычага у регулируемого упора 10.

Устройство обеспечивает более высокие технико-экономические показатели работы двигателя (увеличение мощности, снижения расхода топлива и токсичности выхлопных газов) и уменьшает габаритно-массовые размеры центробежного механизма, а компактность предлагаемого механизма не потребует существенного изменения сопряженных с ним деталей двигателя, что является существенным при модернизации существующих двигателей и проектировании новых.

Устройство для регулирования фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащее размещенный соосно распределительному валу элемент привода с плитой, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал, связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз, смонтированным на плите элемента привода и имеющим узел передачи управляющего усилия на распределительный вал в виде зубчатой передачи с одним ведомым элементом, жестко соединенным с распределительным валом, и с двумя и более ведущими элементами, на каждом из которых жестко закреплен центробежный рычаг, огруженный массой, отличающееся тем, что каждый центробежный рычаг выполнен двухзвенным, огруженный массой конец которого опирается на цилиндрическую поверхность переменной кривизны с возможностью перемещения по ней под действием центробежных сил в пределах, ограниченных регулируемыми упорами, при этом траектория перемещения массы расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма.

Читайте также  Автоковрики для Citroen

Развитие систем регулирования фаз газораспределения ДВС

Рассмотрены основные системы регулирования фаз газораспределения. Приведены примеры регулирования фаз газораспределения. Предложена система плавного регулирования фаз газораспределения без дроссельной заслонки.Ключевые слова: фазы газораспределения, регулирование, дроссельная заслонка, система планового регулирования.

Development of systems of regulationof phases of gas distribution of dvs

The main systems of regulation of phases of gas distribution are considered. Examples of regulation of phases of gas distribution are given. The system of smooth regulation of phases of gas distribution without butterfly valve is offered.Ключевые слова: gas distribution phases, regulation, butterfly valve, system of planned regulation.

Эффективность работы ДВС главным образом определяется организацией процесса газообмена, то есть качественным и своевременным наполнением и очисткой цилиндров. Эта задача возлагается на газораспределительный механизм и зависит от фаз газораспределения — моментов и продолжительности открытого состояния впускных и выпускных клапанов. Если клапаны открыты непродолжительное время, фазы называют узкими.

При низких оборотах коленчатого вала (коленвала) объемы и скорость движения горючей смеси и отработанных газов невелики, поэтому фазы должны быть узкими, а перекрытие (время одновременного открытия впускных и выпускных клапанов) — минимальным. В этом случае свежая смесь не вытесняется в выпускной коллектор через открытый выпускной клапан и, соответственно, отработанные газы не попадают во впускной. Если же «расширить» фазы на низких оборотах, отработанные газы смешаются с рабочей смесью, снизив тем самым ее качество и вызвав падение мощности и неустойчивую работу двигателя.

С ростом оборотов пропорционально увеличиваются объемы и скорость движения перекачиваемой смеси и отработанных газов в единицу времени, поэтому необходимы «широкие» фазы и большее время перекрытия для лучшей продувки цилиндров. Продувка — вытеснение выхлопных газов из цилиндра движущейся с большой скоростью топливовоздушной смесью.

Ширина фаз определяется формой кулачков распределительного вала. Чем больше высота кулачка — тем выше высота подъема клапана. Чем «тупее» его конец — тем больше время максимального подъема клапана. Таким образом, подбирая форму кулачков, конструкторы могут настроить двигатель на работу только в определенном диапазоне оборотов. При проектировании обычного дорожного автомобиля разрабатывается усредненный распредвал для компромиссного баланса между мощностью и экономичностью. При отклонении от этого диапазона в сторону как уменьшения, так и в увеличения эффективность ДВС будет снижаться. Например, «узкофазный» мотор не позволит развить высокую мощность, а «широкофазный» будет неустойчиво работать на малых оборотах, что вынудит увеличивать частоту оборотов холостого хода. Следовательно, идеальным решением было бы изменять ширину фаз в зависимости от оборотов двигателя. Так появились системы регулирования фаз газораспределения. Для технической реализации идеи регулирования фаз было создано множество конструкций. Для их описания потребуется не одна страница. Поэтому ознакомимся с устройством только нескольких — как простых, проверенных временем систем, так и самых современных.

Фазы газораспределения двигателя

Качественное соблюдение газораспределительных фаз является залогом правильного функционирования двигателя автомашины. Стандартный бензиновый движок в этом смысле подразумевает наличие своевременности открывания и закрывания клапанов впуска и выпуска, которые двигаются благодаря кулачкам распредвала. Сегодня мы расскажем о том, что представляет собой газораспределение, а также выясним влияние его фаз на мотор автомобиля.

Что такое система фаз газораспределения двигателя автомобиля?

Фазами газораспределения называют изменение угла коленвала силового агрегата транспортного средства, которое совершается за время между одним циклом открытия и закрытия клапанов ГБЦ. Данная величина измеряется в градусах и отмечается отношением между начальным и конечным рабочим тактом.

Основная функция газораспределительного механизма заключается в обеспечении наивысшей эффективности заполнения и опустошения камеры цилиндра при работе мотора. Это оказывает прямое влияние на качество работы ДВС, её бесперебойность, выходные динамические характеристики, величину крутящего момента и, разумеется, экономичность.

Механизм фаз газораспределения двигателя

Примерно половина современных силовых агрегатов не имеет возможности изменения газораспределительных фаз. Это проявляется в том, что наполняемость камер цилиндров происходит неравномерно в зависимости от режима работы мотора, величины оборотов и силовой нагрузки. Такие двигатели, увы, не могут похвастаться высокопродуктивной работой.

Для функционирования с высоким уровнем эффективности величина газораспределительных фаз не может находиться на одинаковом уровне. Например, в режиме холостых оборотов требуется наличие узких фаз, характеризующихся ранними периодами открытия и закрытия и исключающие возникновение перекрывания — ситуаций, при которых впускные и выпускные клапаны имеют одновременное открытое положение.

Работа движка на высоких оборотах значительно изменяет описанную ситуацию. Во время такого режима открытие клапанов происходит значительно быстрее. Оно укладывается в минимальный временной промежуток, однако для того, чтобы обеспечить наличие высокого крутящего момента и достаточной выходной мощности, через камеры сгорания требуется провести гораздо больший объем топливно-воздушной смеси, нежели при работе на холостых оборотах. Чтобы это было возможным, двигатель настраивается таким образом, чтобы клапаны совершали более раннее и продолжительное открытие, как бы расширяя газораспределительную фазу. Для улучшенного газообмена цилиндров должна чётко выдерживаться прямая связь — чем выше нагрузка на силовой агрегат, тем ширина фаз должна быть больше.

Инженерам требуется осуществить такую настройку мотора, при которой его тяговые характеристики будут одинаково качественными при любом количестве оборотов, холостые обороты сохранят стабильность, а экономичность будет выдерживаться на приемлемом уровне. Все это должно осуществляться с фиксированной цикличностью фаз.

Автоматически изменяемые фазы ДВС

Определенным решением, позволяющим значительно улучшить продуктивность работы мотора, стала установка систем автоматического регулирования фаз газораспределения. В качестве такого средства инженерами была применена специальная муфта, на основании показаний автомобильной электроники проворачивающая распредвал на определенное количество градусов относительно изначального положения. С ростом количества оборотов, муфта начинает вращает распределительный вал вперед, что приводит к более раннему открытию системы впускных клапанов, улучшая качество заполнения цилиндров.

За время своего существования такие вариативные функции были дополнены возможностью расширения и сужения фаз. Так система «VVTL-I», применяемая в автомобилях «Тойота», способна подключать к работе дополнительный кулачок, имеющий изменения в профиле. Это происходит автоматически, когда количество оборотов движка достигает отметки в 6000. Измененный кулачок задает иной алгоритм функционирования клапана, увеличивая фазы и обеспечивая его увеличенный ход. Этот процесс напоминает появление «второго дыхания» у агрегата, позволяющего осуществить значительный динамический рост и улучшить «подхват».

Некоторые компании дорабатывали систему газораспределения методом изменения высоты подъема клапанов. Это позволило отказаться от дроссельной заслонки, а регулирование рабочим процессом полностью отдать механизму газораспределения. Для этого было применено механическое управление клапанами впуска, зависящее от силы нажатия на акселератор. Бездроссельная схема позволила повысить экономичность агрегатов до 15% с одновременным мощностным приростом, варьирующимся от 5 до 15%.

Конструкторы не остановились и на этом. Они улучшили эту систему, заменив в ней механический привод электромагнитным. Доработка расширила пределы изменения продолжительности открытия клапанов, сделав алгоритм функционирования идеальным. Наличие электроники позволило задействовать такие программы работы, при которых на определенных этапах движения некоторые клапаны стало возможным не открывать и даже отключать некоторые цилиндры. Электромагнитный механизм оказался способен превращать стандартный четырехтактный двигатель в шеститактный.

Что в итоге?

Возьмем на себя смелость предположить, что дальнейшее улучшение продуктивности ДВС за счет механизма газораспределения, уже невозможно. Система, выстроенная на основе электромагнитного блока, сделала его работу идеальной. Однако мы не говорим, что эффективность мотора нельзя повысить за счет других средств. Это вполне возможно сделать применением комбинированных решений.