Закрыть
Войдите используя аккаунт ДП:
Запомнить меня
Вы можете войти как участник:

Мы вышлем его на почту:

Меняем фазы газораспределения: необходимость и технологии

06.02.12

Михаил Кофман

Современный двигатель внутреннего сгорания невозможно представить без огромного числа систем, обеспечивающих повышение его КПД.

Одна из таких систем изменяет фазы газораспределения. А что, собственно, такое фазы газораспределения?

Официальная формулировка: продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала (КВ) относительно мертвых точек, иными словами фазы газораспределения, обеспечивают нужный момент открытия и закрытия клапанов в зависимости от положения КВ.

Фазы газораспределения представляются графически в виде круговой диаграммы.

Диаграмма фаз газораспределения

Горючая смесь (или воздух, поступающий в цилиндры двигателя) и отработавшие газы имеют определённую массу и обладают инерцией. На такте впуска свежий заряд, вследствие инерции, будет продолжать поступать через впускной клапан даже тогда, когда поршень, достигнув нижней мёртвой точки, начнет двигаться вверх, в начале такта сжатия. Это необходимо для лучшего наполнения цилиндра горючей смесью.

Также можно в конце рабочего хода открыть выпускной клапан немного раньше, нам ведь необходимо очистить цилиндр от отработавших газов и закрыть его немного позже прохождения поршнем ВМТ, т.к. продукты сгорания по инерции ещё будут выходить из цилиндра. Т.е. клапаны не должны открываться и закрываться в моменты нахождения поршней в соответствующих мертвых точках. В реальных двигателях существует такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется оно перекрытием клапанов.

Схема работы 4-х тактного двигателя

Рассмотрим систему, в которой можно изменять параметры открытия клапанов в соответствии с нагрузкой на двигатель и оборотами КВ.

Большинство двигателей имеют постоянную величину хода и продолжительность открытия впускного и выпускного клапана, это зависит от формы кулачка распределительного вала, приводящего их в движение. Но на разных режимах работы лучше было бы изменять фазы газораспределения. Так мы сможем повысить экономичность, мощность, крутящий момент двигателя, его КПД, снизить токсичность выхлопов. Например, на режиме холостого хода предпочтительно сузить фазы газораспределения, надо позднее открывать и раньше закрывать клапана, без их перекрытия.

Таким образом, мы исключаем возможность заброса выхлопных газов во впускной коллектор и выброса части свежего заряда в выхлопную трубу. Напротив, с повышением частоты вращения КВ должна расти мощность и крутящий момент, время открытия клапанов сокращается, но нам требуется пропустить через двигатель гораздо больший объём газов, чем на режиме холостого хода. Соответственно, надо как можно больше расширить фазы газораспределения. Клапаны открываются раньше, продолжительность открытия увеличивается. При этом продолжительность перекрытия клапанов должна расти с увеличением оборотов.

Регулировать параметры открытия клапанов в зависимости от нагрузки и частоты вращения КВ призвана система изменения фаз газораспределения (англ. - Continuous variable valve timing/CVVT).

И что  надо регулировать? Что надо, чтобы машина устойчиво работала на холостом ходу, «тянула с низов» и интенсивно разгонялась, при этом была экологичной и потребляла как можно меньше топлива? Давайте рассмотрим несколько примеров регулирования фаз газораспределения, которые устанавливают производители на современные автомобили.

Одним из способов регулировать фазы газораспределения, является изменение положения распределительного вала. Тюнинговые компании выпускают  специальные шестерни для регулировки положения распределительного вала.

Такие шестерни выпускают фирмы для тюнинга двигателя

А если нам необходимо изменять положение распределительного вала при работе двигателя? Пожалуйста, это можно сделать, например, при помощи гидромуфты. Вал поворачивается на определённый угол по отношению к шестерне привода. Датчики определяют скорость вращения коленчатого вала и за счёт гидравлики поворачивают распределительный вал на необходимый угол. Таким образом, мы добьёмся более раннего открытия клапанов. Чаще всего такую муфту устанавливают на впускном валу, повышая наполняемость цилиндров на высоких оборотах.

Благодаря этому способу фазы можно только сдвигать, а как изменить их продолжительность?  Инженеры придумали такую систему, установив на распределительный вал кулачки разного профиля, которые вступают в работу при разной температуре и оборотах двигателя. Например, в  тойотовской VVTL-i – Variable Valve Timing with Lift and Intelligence (intelligence – «умный») при достижении 6000 об/мин., в работу вступает кулачок с изменённой геометрией, расширяя фазы газораспределения.

На этих оборотах у двигателя открывается второе дыхание, и мы чувствуем мощный подхват при ускорении. Аналогичная система есть у многих производителей, она реализована и называется по-разному, но меняются только момент открытия клапана и продолжительность.

"Хондовская" система VTEK и VVTL-i, разработанная тойотой

А если мы представим, что можно изменять высоту подъёма клапана?  Тогда можно процесс управления режимами работы возложить на газораспределительный механизм и избавиться от дроссельной заслонки. Чем же она нам помешала?  На низких и средних оборотах, когда заслонка прикрыта за ней образуется разряжение, которое приводит к ухудшению наполнения цилиндра свежей смесью и увеличивает паразитные потери. Поршень, двигаясь вниз на такте впуска должен преодолевать это разряжение, которое в режиме малых нагрузок имеет очень большое значение.

Система Valvetronic от BMW. Высота поднятия клапана изменяется за счёт сложного кинематического привода

Инженеры не спасовали и на этот раз и разработали механические системы изменения высоты подъёма клапанов. От величины нажатия на педаль акселератора система изменяет высоту подъёма впускных клапанов в двигателе. Такая система позволяет  значительно улучшить основные показатели мощности двигателя и снизить токсичность выхлопа.

Система VVEL от Nissan

Дальнейшим развитием систем регулирования фаз газораспределения стало изобретение электромагнитного привода клапанов, он выигрывает в скорости у механического, позволяет в широких пределах изменять все параметры движения клапана (по заранее прописанной программе). По сути это панацея, но довольно дорогостоящая и пока что существующая в экспериментальных разработках.

При создании новых решений для эффективной работы двигателя инженеры заходят всё дальше.  К сожалению, насколько бы совершенны они не были, мы должны реально оценивать возможность запуска в производство таких технологий. Многим из них так и суждено остаться на бумаге…

Понравилось?

Технологии