С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Что такое фазы газораспределения

Что такое фазы газораспределения


Kачество работы двигателя зависит 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. В данной статье мы объясним, что такое фазы газораспределения и их влияние на работу двигателя. Фаза газораспределения - это период от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения обычно выражаются в градусах поворота коленчатого вала и отмечаются по отношению к начальным или конечным моментам соответствующих тактов.

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.

В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут и работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Из-за этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

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.

А если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Один из способов это применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. 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.

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.

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. 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. Экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах 5—15 %.

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

В чём плюс электромагнитного привода? В том, что закон 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. Делается это в целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Даже во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный.

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.

Поделиться с друзьями:

Фазы газораспределения

Фазы газораспределения — это моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы подбирают опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции его впускной и выпускной систем.

В целях лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан открывается с опережением в 45—70° до н.м.т., а закрывается с запаздыванием в 5—30° после в.м.т.

Для лучшего наполнения цилиндров впускной клапан открывается с опережением в 10—25° до в.м.т., а закрывается с запаздыванием в 40—70° после н.м.т.

Постоянство фаз газораспределения сохраняется при соблюдении температурного зазора между стержнем клапана и носком коромысла (верхнее расположение клапанов) или между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя (нижнее расположение клапанов). При увеличении зазора продолжительность открытия клапана уменьшается, а при уменьшении — увеличивается.

При малом зазоре и нагреве двигателя могут произойти неплотная посадка клапана на седло, утечка газов и обгорание рабочей поверхности клапана, при увеличенном зазоре — неполное открытие клапанов, ухудшение наполнения и очистки цилиндров, повышение ударной нагрузки на сопряженные детали клапанного механизма, приводящие к их ускоренному износу.

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.

Читайте также:  Сход развал автомобиля

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.

Читайте также:  Проекционный дисплей HUD

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.

Переменные фазы газораспределения

Кроме использования дроссельной за­слонки для регулирования расхода посту­пающего в двигатель воздуха имеются также несколько других возможностей влияния на величину заряда цилиндров. На количес­тво свежего заряда и на долю остаточных газов можно также влиять путём примене­ния переменных фаз газораспределения. Большое значение для установки фаз газо­распределения имеет тот факт, что вели­чина заряда, поступающего в цилиндры двигателя, и выходящих из них отработав­ших газов существенно зависят от частоты вращения двигателя и открытия дроссель­ной заслонки. Следовательно, при неизмен­ных фазах газораспределения это означает, что цикл газообмена может быть оптималь­ным только для одного рабочего режима двигателя. Вто же время переменные фазы газораспределения позволяют адаптиро­вать наполнение цилиндров к различным значениям частоты вращения двигателя. Это даёт следующие преимущества:

• Увеличение мощности двигателя;

• Оптимальная характеристика крутящего момента в широком диапазоне скоростных режимов двигателя;

• Снижение эмиссии вредных веществ;

• Уменьшение расхода топлива;

• Снижение уровня шума двигателя. ­

Рис.3

1-Запаздывание фазы впуска 2-Нормальное положение

3- Опережение фазы впуска 4-Перекрытие клапанов

Регулирование фаз газораспределения поворотом распределительного вала. В обычных ДВС распределительный и коленчатый валы механически связаны зубчатым ремнём или цепью. Это соединение является неизменным. В двигателях с переменными фазами газораспределения, по крайней мере, распределительный вал впускных клапанов, но все чаще и распределительный вал выпускных клапанов, могут поворачиваться относительно коленчатого вала, в результате чего изменяется фаза перекрытия клапанов Период открытия и величина подъёма клапана во время регулирования положения распределительного вала не изменяются то есть фазы открытия и закрытия впуск­ных клапанов по отношению одна к другой остаются неизменными. Регулирование положения распредели­тельного вала осуществляется посредством электрических или электрогидравлических приводов. Простые устройства обеспечи­вают только два регулировочных положе­ния распределительного вала. В более сложных системах в пределах определён­ного диапазона осуществляется плавное регулирование положения распредели­тельного вала относительно коленчатого вала двигателя.

На рис. 3 показано изменение фазы подъ­ёма впускного клапана по отношению к ВМТ при регулировании положения рас­пределительного вала.

Запаздывание фазы впуска при регулиро­вании положения распределительного вала Запаздывание распределительного вала и, соответственно, более позднее открытие впускного клапана приводит к уменьше­нию фазы перекрытия клапанов или даже к полному её закрытию. При малых значе­ниях частоты вращения (меньше 2000 мин1) результатом этого является только перете­кание небольшого количества отработав­ших газов через впускной клапан во впуск­ной коллектор. Таким образом, при малых значениях частоты вращения небольшое содержание остаточных газов в топливовоздушной смеси позволяет улучшить про­цесс сгорания и повысить плавность ра­боты двигателя на режиме минимального холостого хода. Это позволяет снизить час­тоту вращения холостого хода и, соот­ветственно, уменьшить расход топлива. При высоких значениях частоты вращения двигателя (больше 5000 мин1) распредели­тельный вал также может устанавливаться в положение запаздывания. Значительно более позднее закрытие впускного клапана после НМТ приводит к лучшему наполне­нию цилиндров свежей смесью. Эффект дозаряда является результатом высокой скорости прохождения свежей смеси через впускной клапан, которое продолжается даже после того как поршень начинает дви­гаться вверх, сжимая топливовоздушную смесь. По этой причине впускной клапан закрывается значительно позднее времени прохождения НМТ.

Опережение фазы впуска при регулирова­нии положения распределительного вала В диапазоне средних скоростных режимов скорость прохождения потока свежей топливовоздушной смеси через впускной ка­нал значительно меньше, и поэтому эффект до заряда, имеющий место при больших скоростях, на этих режимах не происходит. Раннее закрытие впускного клапана на средних скоростных режимах, вскоре после НМТ, предотвращает выталкивание во­шедшей свежей смеси поднимающимся поршнем обратно во впускной коллектор. На таких скоростных режимах поворот распределительного вала в сторону опере­жения обеспечивает лучшее наполнение цилиндров и, следовательно, оптимальную характеристику крутящего момента. Поворот распределительного вала на опере­жение фазы впуска приводит к увеличению периода перекрытия клапанов. Раннее от­крытие впускного клапана, непосредственно перед ВМТ, означает, что остаточные отра­ботавшие газы, которые уже не вышли из цилиндра, выталкиваются поднимающимся поршнем через открытый впускной клапан во впускной коллектор. Эти отработавшие газы затем снова поступают в цилиндр и увеличивают долю содержания остаточных газов в свежем заряде. Повышенное содер­жание остаточных газов в свежем заряде топливовоздушной смеси, вызванное регу­лировкой распределительного вала на опе­режение впуска, влияет на протекание процесса сгорания, что приводит к снижению максимальной температуры сгорания и уменьшению образования оксидов азота. Более высокое содержание «инертного» газа в заряде цилиндра делает необходи­мым большее открытие дроссельной за­слонки, которое в свою очередь, приводит к уменьшению потерь при дросселирова­нии потока. Это означает, что при соответ­ствующем перекрытии клапанов может быть снижен расход топлива.

Регулирование положения распреде­лительного вала выпускных клапанов. В системах газораспределения с регулирова­нием положения распределительных валов впускных и выпускных клапанов для изме­нения содержания остаточных газов исполь­зуется соответствующий поворот обоих распределительных валов. В этом случае можно осуществлять независимое регули­рование как общего наполнения цилиндров (определяется закрытием впускного кла­пана), так и доли содержания остаточных газов (определяется открытием впускного и закрытием выпускного клапанов).

Перенастройка распределительного вала

Дата добавления: 2017-09-01; просмотров: 498; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Похожие статьи:

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости