Фазы газораспределения


Фазы газораспределения двигателя автомобиля - что это такое [диаграмма]

Работа двигателя автомобиля зависит от фаз газораспределения, то есть от открытия - закрытия впускных и выпускных клапанов. Расскажем что такое фазы газораспределения и покажем диаграмму работы для разных режимов движения. Зачем нужен фазовращатель и как работает.

Что это такое

Фаза газораспределения - это период от момента открытия клапанов до момента их закрытия. Выражается в градусах поворота коленчатого вала. Их задача — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От оптимально подобранных фаз зависит экономичность мотора, мощность, развиваемый момент.

Влияние на работу мотора

В большинстве двигателей фазы меняться не могут. КПД таких моторов 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 с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия (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 машины. Желательно, чтобы количество остаточных газов в цилиндре было минимально.

При режиме небольших оборотов машина движется равномерно. Для снижения токсичности выхлопа применяется режим рециркуляции отработавших газов. Она позволяет снизить температуру рабочего процесса и уменьшает образование окислов азота. На данном режиме достигается достаточная мощность при низком расходе топлива и снижаются выбросы вредных веществ.

При работе на максимальной мощности ситуация меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов сокращается, но для обеспечения высокого крутящего момента (педаль газа до упора, а обороты не максимальные) через цилиндры необходимо прогнать больший объём газов, чем на холостом ходу. Как решить эту задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими.

А когда обороты двигателя достигнут предела (режим максимальной мощности), то скорость потока воздуха и отработавших газов будет максимальна.

При разработке двигателей авто конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований. Посудите сами. С одними и теми же фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. Плюс устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным, экологичным.

Изменяемые фазы газораспределения

Если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы мотора? Один из способов это применение фазовращателя или фазорегулятора. Они применяются на большинстве современных моторов, например на 1,8-литровом двигателе ВАЗ-21179.

Фазовращатель - это специальная муфта, 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. Как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Управлять фазами на выпуске необходимо только для осуществления режимов минимальных оборотов холостого хода и близким к ним. Поэтому многие недорогие двигатели авто обходятся без фазовращателя на выпускном распредвале.

Фазорегулятор состоит из двух основных частей, которые могут поворачивать друг относительно друга на определенный угол. Достигается это подачей масла из системы смазки под давлением через управляющий клапан. Подачей масла в ту или другую полость достигается доворот распредвала по отношению к шестерне, связанной цепью или ремнем с коленвалом.

Фазорегулятор не может изменить ширину фазы газораспределения - он лишь смещает её по отношению к коленвалу. Поэтому инженеры разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами.

Например, система VVTL-i после достижения 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 обеспечивает больший ход. При раскрутке коленвала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в 6000—6500 об/мин у двигателя открывается «второе дыхание». Оно способно придать автомобилю резкий подхват при ускорении.

Изменение высоты подъёма

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 продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. Экономия от применения системы бездроссельного управления составляет от 8% до 15%, прирост мощности в пределах 5—15 %.

Несмотря на то, что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать выше - за счёт скорости их открытия. Правда, механический привод заменяется электромагнитным.

Электромагнитный привод

Подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия менять в очень широких пределах. Электроника согласно программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Делается это в целях экономии, например, на холостом ходу или при торможении двигателем. Электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный.

Дальнейшее увеличение эффективности работы мотора автомобиля за счёт ГРМ - невозможно. Выжать больше мощности с того же объёма при меньшем расходе можно будет с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия.

Фазы газораспределения двигателя. Что это такое?

Работа двигателя зависит от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. В обычном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала.

В данной статье объясним, что такое фазы газораспределения и их влияние на работу двигателя.

Что такое фазы газораспределения?

Фаза газораспределения - это период от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные 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.

Влияние фаз газораспределения на работу двигателя

В большинстве 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 меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить эту задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими.

При разработке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же 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.

Изменяемые фазы газораспределения

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 если попробовать изменять высоту подъёма? 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 продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. Экономия от применения системы бездроссельного управления составляет от 8% до 15%, прирост мощности в пределах 5—15 %.

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

В чём плюс электромагнитного привода? Подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Делается это в целях экономии, например, на холостом ходу или при торможении двигателем. Даже во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный.

Дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ - невозможно. Выжать больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия.

Что такое синхронизация клапанов и как она влияет на работу двигателя?-CarBikeTech

Во-первых, прочитайте здесь о том, как открываются и закрываются клапаны двигателя. Клапаны двигателя похожи на человеческий нос. Автомобильный двигатель использует клапаны для процесса «дыхания» (вдох/выдох). Распределительный вал двигателя открывает и закрывает клапаны с определенным интервалом. Время открытия и закрытия клапанов указывается в градусах, соответствующих положению поршней двигателя. Фаза газораспределения двигателя является наиболее важным процессом двигателей внутреннего сгорания.

Диаграмма синхронизации клапанов двигателя

Впускной клапан обычно открывается на несколько градусов до того, как поршень достигает ВМТ в такте выпуска. Он закрывается после того, как поршень достигает НМТ на несколько градусов, т. е. когда поршень начинает двигаться вверх по цилиндру в такте сжатия. При такте всасывания топливовоздушная смесь или заряд очень быстро всасываются в цилиндр. Это связано с тем, что движение поршня вниз создает вакуум (или отрицательное давление) в цилиндре, и воздушно-топливная смесь заполняет пустое пространство.

Как помогает синхронизация клапанов двигателя?

Эта топливно-воздушная смесь (также известная как заряд) обладает как массой, так и движением. Весь заряд не может попасть в цилиндр, даже когда поршень достигает конца своего хода вниз, потому что открытие впускного клапана мало. Поэтому давление в камере сгорания остается ниже атмосферного, а заряд все еще движется в направлении движения поршня с большой скоростью.

Если впускной клапан закроется в этот момент, цилиндр получит меньше заряда, чем требуется. Следовательно, впускной клапан остается открытым до тех пор, пока поршень не войдет в свой следующий ход вверх, то есть такт сжатия. В этот момент давление в цилиндре становится почти равным атмосферному давлению. Инженеры точно калибруют фактическую точку закрытия впускного клапана таким образом, чтобы она совпадала с точкой, в которой движение поступающего заряда начинает реверсивно.

Перекрытие клапанов:

В такте выпуска поршень снова движется вверх; вытеснение выхлопных газов через открытый выпускной клапан. Выпускной клапан открывается до того, как поршень достигнет НМТ в рабочем такте. Поскольку выпускной клапан открывается непосредственно перед НМТ, часть сжатых выхлопных газов выходит еще до того, как поршень начнет свой ход вверх.

Перекрытие клапанов двигателя

Сбрасывает избыточное давление и помогает снизить насосные потери поршня при его движении вверх. Выпускной клапан закрывается после достижения поршнем ВМТ на несколько градусов, т.е. когда поршень начинает двигаться вниз по цилиндру в такте всасывания. В этот момент впускной и выпускной клапаны остаются открытыми в течение очень короткого периода времени; вызывая «наложение». Это «перекрытие» помогает лучше «очищать» или вытеснять оставшиеся выхлопные газы из цилиндра двигателя.

Что такое система изменения фаз газораспределения (VVT)?>> Продолжить чтение здесь

О команде CarBikeTech

CarBikeTech — это технический блог. Члены команды CarBikeTech имеют более чем 20-летний опыт работы в автомобильной сфере. Команда CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи об автомобильных технологиях.

Объяснение изменения фаз газораспределения: оценка того, насколько быстро работают двигатели | Функция

Из номера

за август 2017 г.

Когда речь идет о многих переменных процессах сгорания в двигателе, инженеры измеряют время ключевых событий в градусах вращения коленчатого вала, относительной системе отсчета, которая остается постоянной без необходимости компенсировать изменение оборотов двигателя. В отсутствие знакомой общепринятой шкалы времени легко недооценить, насколько быстро все движется в двигателе внутреннего сгорания. Добавьте возможности современной электроники и средств управления, которые оптимизируют события клапана, впрыск топлива и искровое зажигание для повышения мощности или эффективности, и работа всех цилиндров зависит от миллисекундной точности.

В качестве примера можно привести рядный шестицилиндровый двигатель BMW N55 с турбонаддувом, сочетающий в себе регулируемую фазировку впускных и выпускных кулачков с регулируемым подъемом впускных клапанов. При холостых оборотах двигателя 725 об/мин такты впуска, сжатия, мощности и выпуска вместе происходят всего за 0,2 секунды, буквально за мгновение ока. События, которые определяют это сгорание, например, как долго клапаны остаются открытыми, происходят в течение еще меньших долей секунды. И по мере того, как двигатель приближается к кульминации в 7000 об/мин, весь процесс сжимается в окно, которое длится примерно в 10 раз меньше, чем на холостом ходу.

Чтобы дать вам представление о том, насколько быстро работают современные двигатели, вот краткое описание стратегии работы N55: 70 градусов, но фиксированная продолжительность открытия 255 градусов. Задержка соответствует полному открытию 0,006 секунды для одного такта впуска при 7000 об/мин.

Регулировка фаз газораспределения N55

Подъем впускного клапана: Система BMW Valvetronic эффективно играет роль дроссельной заслонки, дозируя воздух в цилиндры в основном в зависимости от положения педали акселератора. Он может регулировать подъем впускного клапана в диапазоне от 0,008 дюйма, что соответствует толщине четырех страниц журнала, который вы держите в руках, при низкой нагрузке и 0,4 дюйма при полной нагрузке с помощью быстродействующего двигателя постоянного тока, который управляет работой толкателей кулачка и ролика. вращаться.

Время выпускного клапана: Управляя синхронизацией распределительного вала независимо, контроллер двигателя может регулировать степень перекрытия — период, когда и выпускной, и впускной клапаны открыты. При крейсерской скорости с низкой нагрузкой и постоянной скоростью это перекрытие увеличивается, чтобы позволить части инертных выхлопных газов возвращаться в цилиндр во время такта впуска, снижая температуру сгорания и образование оксидов азота. При постоянной скорости 50 миль в час с двигателем, вращающимся со скоростью 1500 об/мин, максимальное перекрытие N55 длится 0,2 секунды. Для максимальной мощности на красной черте полностью сведенное к минимуму перекрытие клапанов длится всего 0,0005 секунды — количество времени, которое требуется звуку, чтобы пройти всего семь дюймов при комнатной температуре.

Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)