-
Операции по установке фаз газораспределения
Значительное изменение фаз газораспределения
возможно при неправильной установке
распределительного вала. Зазоры в
механизме привода клапанов нарушаются
вследствие ослабления регулировочных
болтов, износа торцовых поверхностей
штанг, коромысел, толкателей, тарелок
клапанов, подшипников коромысел и
распределительного вала, ослабления
крепления стоек коромысел, износа
кулачных шайб, уплотнительных поверхностей
клапанов и их седла. Зазоры проверяются
щупом при закрытых клапанах. Все детали
привода клапанов отжимаются вручную
таким образом, чтобы были выбраны все
зазоры, кроме зазора между коромыслом
и клапаном. В этот зазор поочередно
вставляются щупы различной толщины.
Если величина зазора изменилась, то
производят ее регулировку. После
установки требуемых зазоров при
необходимости можно проверить величину
фаз газораспределения. Для этого в зазор
клапанного механизма помещают, например,
листочек тонкой бумаги и, проворачивая
маховик в направлении вращения коленчатого
вала, определяют момент «закусывания»
бумаги, т. е. момент начала открытия
клапана.
По угловой разметке на маховике находят
угол начала открытия клапана. При
дальнейшем вращении маховика улавливают
момент, когда листочек бумаги перестанет
зажиматься – момент закрытия клапана.
При штанговом приводе моменты открытия
и закрытия клапанов можно уловить,
прокручивая штанги. При открытых клапанах
штанги теряют возможность легко
проворачиваться.
Зазоры проверяют на холодном
двигателе.Обычно величина зазоров лежит
в пределах 0,3—0,5 мм. Неточность в их
установке может при уменьшении зазора
привести к постоянному открытию клапана
на прогретом двигателе. Давление в
цилиндре упадет, тарелка и седло клапана
будут обгорать.
Увеличение зазора в клапанном механизме
приводит к уменьшению величины открытия
клапана, т. е. к излишнему сопротивлению
на впуске или выпуске и изменению фаз
газораспределения. Кроме этого, возрастают
ударные нагрузки в клапанном механизме,
что приводит к ускоренному износу его
деталей.
-
Операции по определению угла опережения подачи топлива
Проверка момента начала подачи топлива
(угла опережения) в топливных насосах
с золотниковым распределением и в других
топливных насосах с регулировкой конца
подачи производится капиллярной
стеклянной трубкой диаметром 1,0 – 1,5
мм, установленной при помощи накидной
гайки на штуцер насоса.При этом медленно
поворачивают маховик дизеля и фиксируют
момент скачка топлива в трубке, который
и будет соответствовать началу подачи.При
наличии градуировки на ободе маховика
определяется непосредственно угол
опережения подачи топлива в цилиндр.При
отсутствии на ободе градуировки следует
замерить по дуге маховика расстояние
от зафиксированной отметки до отметки
ВМТ соответствующего цилиндра и
определить угол опережения по формуле:
где: а – расстояние, замеряемое по ободу
маховика от найденной отметки до ВМТ
соответствующего цилиндра, мм;
D – диаметр обода маховика, мм.
При несоответствии величин проверяемых
углов данным завода изготовителя или
при переходе на другой сорт топлива
регулирование угла опережения подачи
топлива (в топливных насосах с регулировкой
количества подаваемого топлива за счет
изменения конца подачи) производится:
-
поворотом кулачковой шайбы топливного
насоса на распределительном валу; -
изменением положения соединительной
муфты распределительного вала (для
дизелей с кулачковыми шайбами, не
допускающими поворота); -
Окончательная подрегулировка производится
изменением длины регулируемого толкателя
топливного насоса. -
Регулирование момента начала подачи
топлива должно производиться при
положении регулирующих органов топливных
насосов, соответствующем работе дизеля
на основном режиме (как правило, на
режиме полного хода).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
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.
4. Диаграмма фаз газораспределения
Под фазами
газораспределения понимают моменты открытия и закрытия клапанов относительно
мертвых точек, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала. Фазы
газораспределения изображаются круговыми диаграммами, их подбирают
экспериментальным путем при доводке опытных образцов двигателей.
При рассмотрении рабочих
процессов ДВС в первом приближении было принято, что открытие и закрытие
клапанов происходят в мертвых точках. Однако в действительности открытие и
закрытие клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках. Это
связано с тем, что время, приходящееся на такты впуска и выпуска, очень мало, и
при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя оно составляет
тысячные доли секунды. Поэтому если открытие и закрытие впускных и выпускных
клапанов будут происходить точно в мертвых точках, то наполнение цилиндров
горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания будут недостаточными. В связи
с этим моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях
происходят с определенным опережением или запаздыванием относительно положения
поршней в ВМТ и НМТ.
На круговой диаграмме фаз
газораспределения (рис. 8, а) видно, что при такте впуска впускной клапан 1
(рис. 8, г) начинает открываться с
опережением, т.е. до подхода поршня в ВМТ. Угол α опережения открытия впускного
клапана для двигателей различных моделей составляет 10 ÷ 32°. Закрывается
впускной клапан с запаздыванием после прохождения поршнем НМТ (во время такта
сжатия). Угол β запаздывания закрытия впускного клапана в зависимости от модели
двигателя составляет 40 ÷ 85°.
Выпускной клапан 2 (рис. 8, г) начинает открываться до
подхода поршня к НМТ (во время такта рабочего хода). Угол γ опережения открытия
выпускного клапана для различных двигателей составляет 40 ÷ 70°. Закрывается
выпускной клапан после прохождения поршнем ВМТ (во время такта впуска). Угол δ
запаздывания закрытия выпускного клапана составляет 10 ÷ 50°.
Углы опережения и
запаздывания а, следовательно, и время открытия клапанов тем больше, чем выше
частота вращения коленчатого вала, при которой развивается максимальная мощность
двигателя. Правильность установки газораспределения определяется точным
зацеплением зубчатых колес (рис. 5) по имеющимся на них меткам или расположением
метки на ведомой звездочке (двигатели ВАЗ-2106) напротив установочного прилива
на корпусе подшипников распределительного вала.
Рисунок 8 —
Диаграммы (а —
в) фаз газораспределения двигателей,
(г)
положение поршней соответствующее фазам газораспределения:
а —
общая четырехтактного; б — ЗИЛ-508;
в — КамАЗ-740; 1 — впускной клапан; 2
— выпускной клапан; α — угол опережения открытия впускного клапана;
β — угол запаздывания закрытия впускного клапана; γ — угол опережения
открытия выпускного клапана; δ
— угол запаздывания закрытия выпускного клапана.
Общая круговая диаграмма
показывает, что в определенный период времени одновременно открыты впускной и
выпускной клапаны. Угловой интервал (α + δ) вращения коленчатого вала, при
котором оба клапана открыты, называется перекрытием клапанов, которое
необходимо для своевременной и качественной очистки цилиндров от продуктов
сгорания.
Рассмотренные фазы
газораспределения двигателя ЗИЛ-508 получены при зазоре в обоих клапанах 0,3 мм (между носком коромысла и торцом стержня
клапана). При уменьшении зазора продолжительность открытия впускного и
выпускного клапанов возрастает, а при увеличении зазора — уменьшается.
Здравствуйте уважаемые читатели моего блога. В этой статье рассотрим изменение фаз газораспределения ДВС.
В обычном двигателе фазы газораспределения определяются формой кулачка распределительного вала и остаются неизменными во всех диапазонах работы двигателя. Однако постоянные фазы газораспределения не позволяют создавать оптимальные процессы смесеобразования.
Чтобы варьировать фазами газораспределения необходимо изменять положение распределительного вала относительно коленчатого.
Холостой ход. На этом режиме работы следует устанавливать такой угол поворота распределительного вала, который соответствует самому позднему началу открытия впускных клапанов (максимальный угол задержки, при минимальном перекрытии клапанов). Этим обеспечивается минимальное поступление отработавших газов во впускной трубопровод, что улучшает стабильность работы двигателя и снижение расхода топлива.
Режим низких нагрузок. Перекрытие клапанов уменьшается для минимизации поступления отработавших газов во впускной трубопровод, что улучшает стабильность работы двигателя.
Режим средних нагрузок. Перекрытие клапанов увеличивается, что позволяет снизить «насосные» потери, при этом часть отработавших газов поступает во впускной трубопровод, что позволяет снизить температуру рабочего цикла и вследствие этого содержание оксидов азота в отработавших газах.
Режим высоких нагрузок при низкой частоте вращения коленчатого вала. На этом режиме обеспечивается раннее закрытие впускных клапанов, что обеспечивает увеличение крутящего момента. Небольшое или нулевое перекрытие клапанов заставляет двигатель более чутко реагировать на изменение положения дроссельной заслонки, что, например, очень важно в транспортном потоке.
Режим высоких нагрузок при высокой частоте вращения коленчатого вала. Для того чтобы получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленчатого вала, необходимо перекрытие клапанов около ВМТ с большим углом поворота коленчатого вала. Это связано с тем, что мощность в наибольшей степени зависит от максимально возможного количества топливно-воздушной смеси, попадающей в цилиндр за короткое время, но, чем выше частота вращения, тем меньше время, отводимое на заполнение цилиндра.
Главными задачами системы изменения фаз газораспределения являются:
- улучшение качества работы двигателя на холостом ходу;
- снижение расхода топлива;
- оптимизация крутящего момента в области средних и высоких частот вращения коленчатого вала;
- увеличение внутренней рециркуляции отработавших газов с сопутствующим ей снижением температуры газов при сгорании и уменьшением выброса оксидов азота;
- увеличение мощности в области высоких частот вращения коленчатого вала.
В 90-е годы все больше и больше двигателей стали оборудоваться системами изменения фаз газораспределения таким образом, что угол перекрытия клапанов мог изменяться в соответствии с режимами работы двигателя. В этих системах, применяемых на двигателях DOHC (с двумя распределительными валами), монтировалось специальное устройство в приводную шестерню распределительного вала впускных клапанов. Такие устройства называют изменяемыми фазами газораспределения VIVT (Variable inlet valve timing).
Впервые изменение фаз газораспределения было применено на автомобилях Альфа Ромео в 1983 году. После этого такие системы стали применяться на автомобилях Мерседес, Ниссан, БМВ, Порше и др. Принцип действия привода поворота распределительного вала, для изменения фаз газораспределения, может быть механический, гидравлический, электрический и пневматический.
Как правило, изменение фаз газораспределения применяется в двигателях с двумя распределительными валами, один из которых служит для открытия впускных клапанов, другой – выпускных. Широкое распространение находят системы с изменение натяжения цепи по принципу гидравлического кольца. Изменение фаз газораспределения при таком виде производится только для впускных клапанов. Распределительный вал для открытия выпускных клапанов приводится во вращение от коленчатого вала двигателя через шестерню или звездочку ременной или цепной передачи 1, а распределительный вал для открытия впускных клапанов через цепную передачу от звездочки установленной на распределительном вале привода выпускных клапанов 2 (рис. 1).
Рис. 1. Привод системы с изменение натяжения цепи по принципу гидравлического кольца: 1 – привод распределительного вала для выпускных клапанов; 2 – звездочка распределительного вала для привода выпускных клапанов; 3 – звездочка распределительного вала для привода впускных клапанов
В систему изменения фаз газораспределения масло поступает через отверстие в головке блока. Изменение потоков масла осуществляется управляющим клапаном 1, передвигающем золотник 2, по сигналам блоком управления двигателем (рис. 2).
Рис. 2. Устройство для изменения фаз газораспределения по натяжению цепи:
1 – управляющий клапан; 2 – золотник; 3 – звездочка привода впускных клапанов; 4,9 – натяжитель цепи; 5 – толкатель натяжителя цепи; 6 – полость для масла; 7 – звездочка привода выпускных клапанов; 8 – фиксатор стартовый; 10 – управляющий поршень.
Для изменения фаз газораспределения впускных клапанов служит гидравлический цилиндр с поршнем 10. При подаче масла в цилиндр по сигналу блока управления поршень, выдвигаясь, воздействует на натяжитель цепи. Одна сторона цепи начинает удлиняться, а противоположная укорачиваться, при этом происходит поворот звездочки для привода впускных клапанов, не связанной цепной передачей с коленчатым валом. Управление подачей масла осуществляется с помощью клапана 1, управляемого электронным блоком управления. Указанная система имеет дискретный двухпозиционный диапазон изменения фаз газораспределения, так как давление масла, развиваемое штатным масляным насосом, изменяется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, и может служить только для движения поршня в верхнее или нижнее положение. Такой принцип изменения фаз газораспределения имеют серийные двигатели фирм Ауди, Порше и Вольксваген.
В зависимости от сигнала блока управления масло направляется в каналы А или В. При неработающем двигателе изменения натяжения цепи не происходит, ввиду отсутствия давления масла на управляющий поршень 6 (рис. 3.). Стартовый фиксатор 4 при этом входит в паз канавки управляющего поршня и стопорит его, исключая колебания цепи. Распределительный вал в данном случае устанавливается на более позднее открытие клапанов, соответствующее увеличению мощности двигателя.
Рис. 3. Схема подачи масла в устройство изменения фаз газораспределения: а – позднее открытие клапанов; б – раннее открытие клапанов; 1 – возврат масла; 2 – подвод масла; 3 – продувочное и масляное отверстие; 4 – фиксатор стартовый; 5 – полость для масла; 6 – управляющий поршень; 7 – управляющие каналы
После запуска двигателя, когда давление масла начинает возрастать, оно воздействует на плоскость стартового фиксатора преодолевая натяжение его пружины. Стартовый фиксатор освобождает управляющий поршень и он, передвигаясь, натягивает цепь, устанавливая фазы газораспределения в положение раньше или позже, соответствующее увеличению крутящего момента или мощности двигателя. При открытом управляющем канале А (рис.а), масло воздействует на поршень сверху и он натягивает цепь вниз, устанавливая открытие клапанов в положение соответствующее большей мощности (позднее открытие клапанов).
При достижении частоты вращения коленчатого вала 1300 об/мин открывается канал В и масло воздействует на поршень снизу (рис. б) и он натягивает цепь вверх, устанавливая открытие клапанов в положение соответствующее большему крутящему моменту (раннее открытие клапанов). При достижении частоты вращения коленчатого вала снова открывается канал А и открытие клапанов в положение соответствующее большей мощности.
Полость для масла служит для наполнения без давления плунжера натяжного устройства цепи нагнетательной полости при запуске двигателя. Это сказывается также положительно на шумовых свойствах при запуске двигателя. Отверстие 3 сверху полости для масла служит для вентиляции и смазки цепи.
Распределительный вал привода впускных клапанов может поворачиваться и с помощью поршня (рис. 4).
Рис. 4. Схема устройства изменения фаз газораспределения:
1 – головка блока; 2 – распределительный вал; 3 – звездочка привода распределительного вала; 4 – поршень; 5 – электромагнит; 6 – якорь-клапан; 7 – косозубые шлицы; а – поздние фазы; б – ранние фазы; в – соединение деталей устройства косозубыми шлицами
Устройство устанавливается на переднем конце распределительного вала, управляющего впускными клапанами.
При низких частотах вращения коленчатого вала обеспечивается позднее открытие впускных клапанов и минимальное перекрытие клапанов, что позволяет добиться минимально возможного обратного выброса отработавших газов во впускной канал, увеличения крутящего момента и снижения расхода топлива. В этом положении якоря-клапана его вертикальный канал соединен с пространством с правой стороны поршня, так как электромагнит 5 устройства выключен (рис. 4 а). Поршень 4 отжат влево под воздействием пружины и давления масла, поступающего через якорь-клапан 6.
На высоких частотах по команде электронного блока управления двигателем включается электромагнит 5, сердечник которого соединяет вертикальный канал с пространством с левой стороны поршня. Масло из центрального отверстия распределительного вала поступает под поршень 4, имеющий внутренние и наружные косые шлицы. Ответные шлицы имеет конец вала и ступица звездочки цепи 3. Двигаясь в направлении «назад», поршень за счет шлицев обеспечивает сдвиг звездочки в окружном направлении относительно вала на 12…15° в сторону более раннего впуска. Это позволяет увеличить крутящий момент двигателя на высоких частотах вращения. Подобные механизмы устанавливаются на новых двигателях (MERCEDES-BENZ, ALFA ROMEO и др.) с двумя верхними распределительными валами.
В связи с все более повышающимися требованиями к уменьшению выбросов токсичных веществ с отработавшими газами в настоящее время разработаны устройства, которые могут изменять фазы газораспределения во всем диапазоне возможной частоты вращения коленчатого вала двигателя, как для впускных так и для выпускных клапанов, что позволяет регулировать количество остаточных отработавших газов в камере сгорания. Бесступенчатое изменение фаз газораспределения позволяет также улучшить работу двигателя на холостом ходу и полных нагрузках, обеспечивая повышение крутящего момента и мощности. Для увеличения давления на поршень может применяться отдельный масляный насос. Применения высокого давления позволяет устанавливать более точное положение распределительного вала в зависимости от нагрузки двигателя.
Необходимый угол изменения фаз газораспределения выбирается в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала по полю параметрических характеристик. Отклонение необходимого угла поворота распределительного вала от истинного угла рассчитывается по алгоритму блока управления, согласно выданному значению которого, изменяется ток в клапане управления давлением масла. Клапан управления в свою очередь изменяет давление масла на исполнительный механизм, позволяющий поворачивать распределительный вал. Частота вращения коленчатого вала определяется индуктивными датчиками, установленными на коленчатом или распределительном валах, считывающими частоту вращения по зубчатым колесам, установленным на валах.
Общая схема изменения фаз газораспределения показана на рис. 5.
Рис. 5 Общая схема непрерывного изменения фаз газораспределения:
1 – масляный насос; 2 – управляющий клапан; 3 – исполнительный механизм поворота распределительного вала; 4 – индуктивный датчик распределительного вала; 5 – индуктивный датчик коленчатого вала; 6 – электронный блок управления
Исполнительный механизм 3, управляющий поворотом распределительного вала имеет двойную камеру, в которая попеременно заполняется маслом. Подача масла в ту или иную часть камеры исполнительного механизма определяется электрическим управляющим клапаном 2.
Подобная схема бесступенчатого изменения фаз газораспределения применяется для двигателей БМВ (рис. 6).
Рис. 6. Бесступенчатое изменение фаз газораспределения фирмы БМВ:
1 – управляющий поршень; 2 – косозубая шестерня; 3 – прямозубая шестерня; 4 – натяжитель цепи
В такой конструкции применены принципы работы обоих вышеописанных способов изменения фаз газ газораспределения. Косозубая шестерня 2 может перемещаться в продольном направлении при воздействии масла на управляющий поршень. Перемещаясь, она сдвигает в окружном направлении звездочку привода распределительного вала. Применение такой конструкции позволяет изменять фазы газораспределения не только для впускных (до 60°), но и для выпускных клапанов (до 46°).
Альтернативной вышеизложенному принципу является более дешевая конструкция системы изменения фаз газораспределения, действующая с использованием лопастного гидравлического двигателя (рис. 7).
Рис. 7. Системы непрерывного изменения фаз газораспределения с использованием лопастного гидравлического двигателя:
а) – основное положение распределительного вала; б – положение распределительного вала при подаче давления масла исполнительный механизм; 1 – масляный насос; 2 – управляющий клапан; 3 – исполнительный механизм поворота распределительного вала; 4 – распределительный вал; 5 – звездочка привода исполнительного механизма; 6 – ротор; 7 – лопасть
Привод состоит из двух частей – внутренней с закручивающимся ротором 7, связанной с распределительным валом 4 и внешней, приводимой цепью или ременной передачей от коленчатого вала. Связь между обеими частями осуществляется с помощью масляной полости, в которой лопасти поворачивают ротор влево или вправо. Одновременно с ротором поворачивается распределительный вал, на который навинчен ротор.
Давление масла в рабочей камере зависит от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и температуры двигателя. Положение распределительного вала относительно коленчатого вала во время работы двигателя может быть как переменным, так и постоянным (фиксированным). Питание рабочей полости осуществляется от системы смазки двигателя.
Жесткая связь между приводной звездочкой и ротором, связанным с распределительным валом, существует только во время запуска двигателя. При наполнении масляной полости маслом, внутренняя и внешняя части привода разъединяются. При самом большом давлении масла распределительный вал поворачивается в положение соответствующее наиболее позднему впуску горючей смеси и наиболее раннему выпуску отработавших газов.
Управляющий клапан 2 состоит из гидравлической части и электромагнита (рис. 8.). Клапан установлен на корпусе распределительных валов и подключен к системе смазки двигателя. В цилиндре клапана установлен золотник, перемещение которого приводит к изменению потоков масла. Управление положением золотника управляющего клапана происходит по сигналу электронного блока управления. В зависимости от положения клапана управления фазами газораспределения масло подается к лопастному гидравлическому двигателю через один или через оба канала. В зависимости от подключения того или иного канала производится перестановка ротора в положение «рано» или «поздно» или же он удерживается в определенном фиксированном положении.
Исходное положение золотника определяется натяжением возвратной пружины.
Рис. 8. Управляющий клапан:
1 – канал установки в раннее положение; 2 – канал установки в позднее положение; 3 – корпус клапана; 4 – канал подвода масла; 5 – слив масла
Диапазон перестановки распределительного вала составляет 40° по углу поворота коленчатого вала или 20° по углу поворота распределительных валов.
В настоящее время системы непрерывного изменения фаз газораспределения применяются на двигателях Ауди, Фольксваген, Тойота, Рено, Вольво и др.
Спасибо за внимание!!! Надеюсь содержимое статьи было полезно!!!
ПРОВЕРКА И КОРРЕКТИРОВКА ФАЗ
ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗ
Статья подготовлена к публикации М.Ухановым (aka miha, СТТeam, Ростов)
В процессе эксплуатации, а также из-за погрешности при изготовлении деталей привода газораспределительного механизма (ГРМ) или вследствие неквалифицированно проведенного ремонта привода ГРМ возможно значительное отклонение фаз газораспределения от заданных значений. В то же время известно, что правильность фаз газораспределения является одним из важнейших факторов, влияющих на мощность, крутящий момент и экономические показатели двигателя. Поэтому при снижении тяговых свойств двигателя, повышении эксплуатационного расхода топлива и неустойчивой работе двигателя возникает необходимость проверить и, при необходимости, правильно установить фазы газораспределения.
Для этой цели используется комплект оснастки, разработанный на заводе. В комплект входит: транспортир «А», два шаблона «В» и «С» с профилем кулачка и стрелкой (один – фаза 240° – для двигателя ЗМЗ-4063.10, другой – фаза 252° – для двигателя ЗМЗ-4062.10 и двигателей ЗМЗ-405.10, ЗМЗ-409.10 и их модификаций) и кондуктор для сверления дополнительных отверстий под штифт в звездочках распределительных валов.
Проверку и корректировку фаз газораспределения можно провести на двигателе, установленном на автомобиле. Для контроля фаз газораспределения необходимо:
1. Отсоединить шланги вентиляции картера от штуцеров на крышке клапанов, ослабив хомуты их крепления.
2. Отсоединить разъемы проводов от катушек зажигания.
3. Снять наконечники со свечей зажигания с уплотнителями и проводами высокого напряжения.
4. Освободить из скоб и отвести жгут проводов от крышки клапанов.
5. Снять крышку клапанов с прокладкой, уплотнителями свечных колодцев, катушками зажигания и высоковольтными проводами в сборе, вывинтив восемь болтов (головка «12», удлинитель и вороток). Болты, шайбы и скобы для жгута проводов оставить в отверстиях крышки.
6. Установить поршень 1‑го цилиндра в ВМТ такта сжатия, повернув коленчатый вал по ходу вращения (по часовой стрелке) до совпадения метки на шкиве-демпфере коленчатого вала с ребром-указателем (в виде прилива) на крышке цепи.
Внимание! Вращение коленчатого вала против часовой стрелки недопустимо.
При этом кулачки распределительных валов 1‑го цилиндра и метки на звездочках распределительных валов должны располагаться согласно схемы:
1 – метка на звездочке. 2 – верхняя плоскость головки цилиндров
В случае, если вершины кулачков и метки расположены внутрь, то необходимо повернуть коленчатый вал еще на один оборот. Точную установку поршня 1 го цилиндра в ВМТ можно провести с помощью индикатора часового типа, который устанавливается и закрепляется в свечном отверстии 1‑го цилиндра.
7. Установить транспортир 3 (рис 7) за первым кулачком распределительного вала впускных клапанов – вид «А», расположив его между кулачком и крышкой опоры распределительного вала. Прижимая транспортир 3 к верхней ПЛОСКОСТИ головки цилиндров 5, приложить и плотно прижать шаблон 2 к поверхности первого кулачка При этом стрелка шаблона должна располагаться на метке транспортира 20°± 2°. При измерении ведущая ветвь цепи в районе верхнего успокоителя (между звездочками распределительных валов) должна быть натянута, и удерживаться в этом состоянии поворотом против часовой стрелки распределительного вала впускных клапанов ключом на «27» за четырехгранник на теле вала. При этом проворачивание распределительного вала выпускных клапанов не допускается.
А – проверка углового положения распределительного вала впускных клапанов.
В – проверка углового положения распределительного вала выпускных клапанов.
1 – кулачок впускного клапана первого цилиндра.
2 – шаблон кулачка.
3 – транспортир.
4 – кулачок выпускного клапана первого цилиндра.
5 – головка цилиндров.
6 – гидротолкатель.
Аналогично провести проверку углового положения первого кулачка распределительного вала выпускных клапанов – вид «В».
Стрелка шаблона должна указывать на метку транспортира 19°± 2°, при измерении ведущая ветвь цепи в районе среднего успокоителя (между звездочкой распределительного вала и ведущей звездочкой промежуточного вала) должна быть натянута и удерживаться в этом состоянии поворотом против часовой стрелки распределительного вала выпускных клапанов ключом на «27» за четырехгранник на теле вала. При этом проворачивание промежуточного и коленчатого валов не допускается. При этих значениях углового положения первых кулачков распределительных валов достигаются наилучшие технико-экономические показатели двигателя.
В случае, если отклонения углового положения кулачков распределительных валов превышают допустимые ± 2°, требуется корректировка фаз газораспределения.
Для этого на двигателе нужно выполнить следующие работы:
1. Снять переднюю крышку головки цилиндров, вывинтив четыре болта (ключ «12»). На двигателе мод.4063 переднюю крышку снять в сборе с топливным насосом, предварительно отведя рычаг ручной подкачки топлива вверх.
2. Снять верхний гидронатяжитель (в головке цилиндров), отвернув два болта (головка «12», удлинитель и вороток) крепления крышки гидронатяжителя, снять крышку с шумоизоляционной шайбой.
3. Снять верхний и средний успокоители цепи, вывинтив по два болта их крепления (ключ «6» для болтов с шестигранным углублением под ключ).
4. Снять звездочки распределительных валов, поочередно отвинтив болты их крепления (ключ «12»), удерживая при этом валы ключом «27» за квадрат на теле распредвала. На дв.4063.10 звездочку распредвала впускных клапанов снять совместно с эксцентриком привода топливного насоса. Цепь, снятую со звездочек распредвалов, удержать от соскакивания со звездочки промежуточного вала.
5. По установленному на звездочку кондуктору в каждой звездочке просверлить шесть дополнительных отверстий 3 (рис. 
О 6,1 мм с угловыми смещениями 2° 30°, 5° 00° и 7° 30° от номинального положения заводского отверстия 2, расположенного по оси симметрии одной из впадин зубьев звездочки. При этом три дополнительных отверстия, смещенные от оси симметрии впадины зубьев по часовой стрелке, плюсовые, три других, смещенные против часовой стрелки, – минусовые, если смотреть на звездочку со стороны метки 1.
|
ЗВЕЗДОЧКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ:
1 – метка. |
Если при корректировке фаз газораспределения требуется повернуть распределительный вал (валы) по ходу его (их) вращения (по часовой стрелке), то звездочку (звездочки) необходимо устанавливать на одно из дополнительных отверстий с плюсовым смещением, расположенное справа от заводского отверстия, если – против часовой стрелки, то звездочку (звездочки) устанавливать на одно из отверстий с минусовым смещением, расположенное слева от заводского отверстия. Выбор отверстия на звездочке, с необходимой величиной смещения, производится в зависимости от величины отклонения углового положения кулачка от номинального значения. При установке звездочки на дополнительное отверстие заводская установочная метка 1 на звездочке не будет совпадать с верхней плоскостью головки цилиндров.
|
. | |
|
Фото транспортиров и настройки |
В качестве примера рассмотрим корректировку фаз газораспределения при показаниях стрелки шаблона 23° для кулачка впускного клапана и 16° для кулачка выпускного клапана. Данные значения углов превышают номинальные значения для впускного и выпускного кулачков на 3°, что больше допустимого отклонения ± 2°. При данных показаниях углового положения кулачков и, учитывая, что при работе двигателя распределительные валы вращаются по часовой стрелке, наблюдая со стороны шкива коленчатого вала, начало открытия впускных и выпускных клапанов будет происходить с некоторым опережением от заводских значений фаз газораспределения. Для корректировки фаз, в этом случае, необходимо повернуть распределительные валы против часовой стрелки и при установке звездочек использовать дополнительное отверстие с минусовым угловым смещением, с величиной смещения 2° 30° (первое отверстие, расположенное слева от заводского отверстия). Далее работу продолжить а следующей последовательности:
1. Провернуть ключом на «27» и установить распределительный вал выпускных клапанов так, чтобы стрелка шаблона находилась напротив метки транспортира 19°.
2. Накинуть цепь на звездочку и сориентировать ее первое дополнительное отверстие, расположенное слева от заводского отверстия, так, чтобы оно находилось перед штифтом распределительного вала, а ведущая ветвь цели (в районе среднего успокоителя) была натянута. Для установки звездочки на фланец и штифт распределительного вала слегка повернуть распределительный вал ключом за четырехгранник по часовой стрелке. После установки звездочки поворотом распределительного вала против часовой стрелки натянуть ведущую ветвь цепи, при этом стрелка шаблона, установленного на кулачок, должна показывать 19°± 2°.
3. Установить распределительный вал впускных клапанов так, что бы стрелка шаблона находилась напротив метки транспортира 20°.
4. Установить звездочку на распределительный вал впускных клапанов также, как звездочку распределительного зала выпускных клапанов, использую то же дополнительное отверстие. При этом при натянутой ведущей ветви цепи (в районе верхнего успокоителя) стрелка шаблона, установленного на кулачок, должна показывать 20± 2°.
5. Завинтить болты крепления звездочек (ключ «12») предварительно, установив в гнездо звездочки распределительного вала впускных клапанов эксцентрик привода топливного насоса (мод.4063).
6. Разобрать и собрать («зарядить») гидронатяжитель, установить его в отверстие головки цилиндров, закрыть крышкой.
7. Нажав отверткой на плунжер гидронатяжителя со стороны пяты башмака, привести гидронатяжитель в рабочее состояние («разрядить»).
8. Провесить правильность установки фаз газораспределения, повернув коленчатый вал по ходу вращения на два оборота и совместив метки на шкиве-демпфере и крышке цепи.
Проверку произвести с помощью транспортира и шаблона кулачка, как описано выше. Стрелка шаблона, установленного на впускном кулачке, должна показывать 20±2°, а на выпускном кулачке ‑19′±2′. Если это условие не выдерживается, необходимо повторить установку фаз газораспределения.
9. Завинтить и затянуть болты крепления звездочек распредвалов окончательно моментом 5,6 – 6,2 кгс.м.
10. Установить верхний и средний успокоители цепи, ввинтив и затянув болты крепления моментом 2,0 – 2,5 кгс.м (ключ «6» для болтов с шестигранным углублением под ключ, ключ динамометрический с головкой «6»).
11. Произвести дальнейшую сборку двигателя в обратном порядке.
В конструкцию четырехтактного двигателя, работающего по принципу выделения энергии во время сгорания смеси топлива и горючего, входит один важный механизм, без которого агрегат не сможет функционировать. Это ГРМ или газораспределительный механизм.
В большинстве стандартных моторах он устанавливается в головке блока цилиндров. Подробней об устройстве механизма рассказывается в отдельной статье. Сейчас сосредоточимся на том, что такое фаза газораспределения, а также как ее работа влияет на мощностные показатели мотора и его КПД.
Что такое фазы газораспределения двигателя
Коротко о самом механизме ГРМ. Коленчатый вал через ременный привод (во многих современных двс вместо прорезиненного ремня устанавливается цепь) соединен с распредвалом. Когда водитель запускает ДВС, стартер проворачивает маховик. Оба вала начинают синхронное вращение, но с разной скоростью (в основном за один оборот распределительного вала коленчатый совершает два оборота).
На распределительном валу имеются специальные кулачки, выполненные в форме капельки. Когда конструкция проворачивается, кулачок надавливает на подпружиненный шток клапана. Клапан открывается, позволяя топливно-воздушной смеси попасть в цилиндр или удалить выхлоп в выпускной коллектор.
Фазой газораспределения как раз и называется момент, когда клапан начинает открывать впускное/выпускное отверстие до того мгновения, когда происходит его полное закрытие. Каждый инженер, трудящийся над разработкой силового агрегата, рассчитывает, какой должна быть высота открытия клапана, а также на какое время он останется в открытом состоянии.
Влияние фаз газораспределения на работу двигателя
В зависимости от того, в каком режиме работает мотор, газораспределение должно начинаться либо раньше, либо позже. Это влияет на КПД агрегата, его экономичность и максимальный крутящий момент. Причина в том, что своевременное открытие/закрытие впускного и выпускного коллекторов имеет ключевое значение в максимально эффективном использовании энергии, высвобождающейся в процессе сгорания ВТС.
Если впускной клапан начинает открываться не в тот момент, когда поршень выполняет такт впуска, то будет происходить неравномерное наполнение полости цилиндра свежей порцией воздуха и горючее хуже смешается, что приведет к неполному сгоранию смеси.
Что касается выпускного клапана, то он тоже должен открываться не раньше, чем поршень займет нижнюю мертвую точку, но и не позже того, как он начнет свой ход вверх. В первом случае компрессия упадет, а вместе с ней мотор потеряет мощность. Во втором – продукты горения при закрытом клапане будут создавать сопротивление для поршня, начавшего свой подъем. Это дополнительная нагрузка на кривошипно-шатунный механизм, что может вывести из строя некоторые его детали.
Для адекватной работы силового агрегата требуются разные фазы газораспределения. Для одного режима нужно, чтобы клапана открывались раньше и закрывались позже, а для других – наоборот. Также имеет большое значение параметр перекрытия – будут ли одновременно открыты оба клапана.
Большинство стандартных моторов имеют неменяющееся газораспределение. Такой двигатель в зависимости от типа распредвала будет иметь максимальную эффективность либо в спортивном режиме, либо при размеренной езде на пониженных оборотах.
На сегодняшний день многие автомобили среднего и премиального сегмента оснащаются моторами, система газораспределения которых может менять некоторые параметры открытия клапанов, благодаря чему происходит качественное наполнение и вентиляция цилиндров при разных оборотах коленвала.
Вот как должно выполняться газораспределение на разных режимах двигателя:
- Холостой ход требует так называемых узких фаз. Это означает, что клапана позже начинают открываться, а момент закрытия у них наоборот – ранний. Одновременного открытого состояния в таком режиме нет (оба клапана не будут одновременно открытыми). Когда вращение коленвала имеет небольшое значение, при перекрытии фаз выхлопные газы могут попадать во впускной коллектор, а некоторый объем ВТС – в выпускной.
- Максимально мощный режим – для него нужны широкие фазы. Это такой режим, при котором из-за высоких оборотов клапаны имеют меньшую продолжительность открытого положения. Это приводит к тому, что при спортивной езде наполняемость и проветривание цилиндров выполняется некачественно. Чтобы исправить ситуацию, фазы газораспределения нужно изменять, то есть клапаны нужно раньше открыть, а их продолжительность в таком положении должно увеличиться.
Разрабатывая конструкции моторов с изменяемыми фазами газораспределения, инженеры учитывают зависимость момента открытия клапанов от оборотов коленвала. Эти сложные системы позволяют делать мотор максимально универсальным для разных стилей езды. Благодаря такой разработке агрегат показывает широкий спектр возможностей:
- На низких оборотах мотор должен быть тягучим;
- При повышении оборотов он не должен терять мощность;
- Независимо от того, в каком режиме работает ДВС, экономия топлива, а вместе с ней и экологичность транспорта, должна иметь максимально возможный уровень для конкретного агрегата.
Все эти параметры можно изменять за счет замены конструкции распределительных валов. Однако и в этом случае КПД мотора будет иметь свой предел только на одном режиме. Как насчет того, чтобы мотор мог менять профиль самостоятельно в зависимости от количества оборотов коленчатого вала?
Изменяемые фазы газораспределения
Сама по себе идея менять время открытия клапанов в процессе работы силового агрегата не нова. Эта мысль периодически появлялась в умах инженеров, которые занимались разработкой еще паровых двигателей.
Так, одна из подобных разработок называлась редуктором Стивенсона. Механизм изменял время поступления пара в рабочий цилиндр. Режим назывался «отсечение пара». Когда срабатывал механизм, напор перенаправлялся в зависимости от конструкции транспортного средства. По этой причине старинные паровозы помимо дыма выбрасывали еще и клубы пара, когда состав стоял на месте.
Работа с изменением фаз газораспределения также велась с авиационными агрегатами. Так, экспериментальная модель мотора V-8 от компании Clerget-Blin мощностью в 200 лошадиных сил могла менять этот параметр за счет того, что конструкция механизма включала скользящий распредвал.
А на моторе Lycoming XR-7755 устанавливались распределительные валы, в которых имелись два разных кулачка на каждый клапан. Устройство имело механический привод, и активировался самим пилотом. Он мог выбрать один из двух вариантов в зависимости от того, ему нужно поднять самолет в небо, уйти от погони или просто выполнить экономичный перелет.
Что касается автомобилестроения, то над применением данной идеи начали задумываться инженеры еще в 20-х годах прошлого столетия. Причиной стало появление высокооборотистых моторов, которые устанавливались на спорткары. Повышение мощности в таких агрегатах имело определенный предел, хотя агрегат можно было раскрутить и сильнее. Чтобы транспортное средство имело большую мощность, вначале только увеличивали объем двигателя.
Первым, кто внедрил изменяющиеся газораспределительные фазы, был Lawrence Pomeroy, который работал главным конструктором автокомпании Vauxhall. Он создал мотор, в котором в газораспределительном механизме устанавливался особенный распредвал. Ряд его кулачков имел несколько комплектов профилей.
4.4-литровый H-Type в зависимости от оборотов коленчатого вала и нагрузки, которую тот испытывал, мог перемещать распредвал по продольной оси. Благодаря этому менялось время и высота открытия клапанов. Так как эта деталь имела ограничения в перемещении, управление фазами также имело свой предел.
Осуществлением подобной идеи занималась также компания Porsche. В 1959-м году появился патент на «колеблющиеся кулачки» распределительного вала. Эта разработка должна была менять высоту подъема клапанов, а вместе с тем и время их открытия. Разработка так и осталась на стадии проекта.
Самым первым работоспособным механизмом управления фазами газораспределения была разработка компании Fiat. Изобретение разработал Giovanni Torazza в конце 60-х гг. В механизме использовались гидротолкатели, которые меняли точку опоры толкателя клапана. Устройство работало в зависимости от того, какими были обороты двигателя и давление во впускном коллекторе.
Однако первым серийным автомобилем с изменяемыми фазами ГР был от Alfa Romeo. Модель Spider 1980-го года выпуска получила электронный механизм, меняющий фазы в зависимости от режимов работы ДВС.
Способы изменить продолжительность и ширину фаз газораспределения
На сегодняшний день существует несколько типов механизмов, меняющих момент, время и высоту открытия клапанов:
- В самом простом исполнении это особенная муфта, которая установлена на привод газораспределительного механизма (фазовращатель). Управление осуществляется благодаря гидравлическому воздействию на исполняющий механизм, а контроль выполняет электроника. Когда двигатель работает на холостых оборотах, распредвал находится в изначальном положении. Как только обороты повышаются, электроника реагирует на этот параметр, и активирует гидравлику, которая немного проворачивает распределительный вал относительно первоначального положения. Благодаря этому клапаны открываются немного раньше, что дает возможность быстрее наполнить цилиндры свежей порцией ВТС.
- Изменение профиля кулачков. Это разработка, которой пользуются автомобилисты уже достаточно давно. Если установить распредвал с нестандартными кулачками, можно заставить агрегат работать с большей эффективностью на повышенных оборотах. Однако такую модернизацию должен выполнять разбирающийся механик, что приводит к большим растратам. В моторах с системой VVTL-i распредвалы имеют несколько комплектов кулачков с разными профилями. Когда ДВС работает на холостых оборотах, свою функцию выполняют стандартные элементы. Как только показатель оборотов коленвала перемещается за отметку в 6 тысяч, распределительный вал немного смещается, благодаря чему в работу вступают другой комплект кулачков. Похожий процесс происходит, когда двигатель раскручивается до 8.5 тысяч, и начинает работать третий комплект кулачков, которые делает фазы еще шире.
- Изменение высоты открытия клапана. Эта разработка позволяет одновременно изменять режимы работы ГРМ, а также исключить дроссельную заслонку. В таких механизмах нажатие на педаль акселератора активирует механическое устройство, которое влияет на силу открытия впускных клапанов. Такая система обеспечивает сокращение расхода топлива приблизительно на 15 процентов, а также повышение мощности агрегата на столько же. В более современных моторах используется не механический, а электромагнитный аналог. Достоинство второго варианта в том, что электроника способна более эффективно и плавно изменять режимы открытия клапанов. Высота подъема может быть практически идеальной, а время открытия может иметь более широкие пределы по сравнению с предыдущими модификациями. Такая разработка ради экономии горючего может даже отключить некоторые цилиндры (не открывать некоторые клапаны). Такие моторы активируют систему, когда машина останавливается, но ДВС не нужно выключать (например, на светофоре) или когда водитель замедляет авто при помощи ДВС.
Зачем менять фазы газораспределения
Применение механизмов, изменяющих фазы газораспределения позволяют:
- Более эффективно использовать ресурс силового агрегата на разных режимах его работы;
- Увеличить мощность без необходимости в установки нестандартного распредвала;
- Сделать транспортное средство более экономичным;
- Обеспечить эффективное наполнение и вентиляцию цилиндров на высоких оборотах;
- За счет более эффективного сгорания воздушно-топливной смеси повысить экологичность транспорта.
Так как разные режимы работы ДВС требуют своих параметров фаз газораспределения, с использованием механизмов изменения ФГР машина может соответствовать идеальным параметрам мощности, крутящего момента, экологичности и экономичности. Единственная проблема, которую пока ни один производитель не может решить, это дороговизна устройства. По сравнению со стандартным мотором аналог, оснащенный подобным механизмом, будет стоить почти в два раза больше.
Некоторые автомобилисты используют системы изменения фаз газораспределительного механизма, чтобы повысить мощность авто. Однако с помощью модифицированного ГРМ максимум из агрегата невозможно выжать. О других возможностях читайте здесь.
В завершение предлагаем небольшое наглядное пособие о работе системы изменения фаз газораспределения:
Система изменения фаз газораспределения на примере CVVT
Вопросы и ответы:
Что называется фазой газораспределения? Это момент, когда открывается/закрывается клапан (впускной или выпускной). Этот термин выражается в градусах поворота коленвала двигателя.
Что влияет на фазы газораспределения? На фазы газораспределения влияет режим работы двигателя. Если в ГРМ нет фазовращателя, то максимальный эффект достигается только в определенном диапазоне оборотов мотора.
Для чего нужна диаграмма фаз газораспределения? Эта диаграмма показывает, насколько эффективно происходит наполнение, сгорание и очистка в цилиндрах в конкретном диапазоне оборотов. Она позволяет грамотно подобрать 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.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №
7
УСТРОЙСТВО ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГ МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение конструктивного исполнения, взаимного расположения,
назначения и принципа действия основных агрегатов, узлов и деталей механизма
газораспределения, на основе конкретных конструкций базовых моделей
отечественных двигателей (ЗИЛ-130,
КамАЗ-740 ВАЗ-2108).
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
2.1. Уяснить назначение
газораспределительного механизма, понятие диаграмме фаз газораспределения.
2.2. Изучить формы камер сгорания, проанализировать преимуществ;
недостатки различных типов.
2.3. Рассмотреть устройство газораспределительных механизмов с
нижним и верхним расположением клапанов рядных и V — образных двигателей.
2.3.1. Впускные и выпускные клапаны, материал, обработка,
особенности теплоотдачи. Направляющие втулки.
2.3.2. Пружины клапанов, крепление, исключение резонансных
колебаний.
2.3.3. Механизм вращения выпускных клапанов (ЗИЛ-130).
2.3.4. Толкатели, штанги материал, направляющие устройства.
2.3.5. Коромысла, крепление и смазка.
2.3.6. Распределительный вал, установка, расположение кулачков.
2.3.7. Привод газораспределительного вала при верхнем и нижнем его
расположении
2.3.8.Регулировка механизма газораспределения, понятие
«теплового» зазора.
3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.
При рассмотрении конструкции механизма газораспределения,
необходимо прежде всего, уяснить его назначение, расположение в двигателе и
общую увязку с другими системами. Материалы и термообработка деталей,
необходимость связки и отвода тепла определяется тяжелыми нагрузочными
режимами, обусловленными, в первую очередь, инерционными силами (время закрытия
и открытия клапана составляет около 0,004 с) и температурными условиями.
Газораспределительный механизм должен обеспечивать хорошее наполнение цилиндров
свежим зарядом (воздуха для дизельных двигателей и горючей смеси для карбюраторных) и, кроме того, хорошую
герметичность закрытия клапанов в условиях высоких температур и давлений. Это
требует проведения конструктивных мероприятий, направленных на приработку
клапанов в процессе работы (применение пружин специальной конструкции или
механизмов вращения клапанов), применения натриевых наполнителей для облегчения
температурного режима уплотняющей поверхности и т.д.
На существующих моделях отечественных автомобилей, в основном
применяются механизмы газораспределения с верхним расположением клапанов, что связано
с удобством формирования камеры сгорания и возможностью обеспечения высокой
степени сжатия.
Механизм газораспределения во многом определяет тяговые и
топливно-экономические характеристики двигателя, поэтому требует тщательного
ухода и регулировки. Регулировочные узлы практически всех марок отечественных
автомобилей однотипны, однако имеют конструктивные особенности и оригинальные
детали. При изучении данной темы необходимо ознакомиться со всеми вариантами
газораспределительных механизмов для указанных в разделе 1 марок двигателей.
4. СОДЕРЖАНИЕ
ОТЧЕТА
Привести
следующие схемы газораспределительных механизмов:
- с нижним расположением
клапанов; - с верхним расположением
клапанов и нижним расположением
распределительного вала;
- с верхними расположением
клапанов и распределительного вала.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В
каком соотношении находятся угловые скорости коленчатого и распределительного
валов?
2.
Каким образом проявляется в работе двигателя увеличенный (уменьшенный) сверх
нормы «тепловой» зазор?
3. Как
изменит диаграмму фаз газораспределения увеличение этого зазора?
4. С
какой целью клапанные пружины делают с переменным шагом завивки?
5.
Каким образом осуществляется смазка штанг и толкателей?
6. Как
можно различить по внешнему виду впускные и выпускные клапаны?
7.
Какими преимуществами и недостатками обладают газораспределительные механизмы с
нижним и верхним расположением клапанов?
- Главная
- Полезная информация
- 3 полезных совета для изменения фаз газораспределения
24 января 2020 Категория: Полезная информация.
Благодаря правильно подобранной фазе ГРМ обеспечивается эффективная мощность двигателя, а также крутящий момент.
В статье:
- Механизм газораспределения в теории.
- Влияние газораспределения на двигатель.
- Регулирование фаз газораспределения.
Механизм газораспределения в теории
Суть работы — синхронное и параллельное вращение обоих валов, открывающих и закрывающих клапаны цилиндров.
Газораспределительный механизм состоит из:
- распределительного вала — за счет вращения вызывает открытие/закрытие клапанов;
- толкателей и коромысла;
- клапанов и штанги;
- привода — осуществляет движение распредвала.
Классификация ГРМ:
- по расположению: верхнее и нижнее;
- по количеству распределительных валов: одиночный и двойной распредвалы;
- по количеству клапанов: 2-5;
- по типу привода распредвала: цепной, шестеренчатый и ременной.
Влияние на двигатель
Возможность менять фазы ГРМ отсутствует на многих моторах из-за низкой эффективности КПД, однако применение этой функции отличается в зависимости от режима работы мотора.
Узкие фазы — позднее открытие и раннее закрытие. Подходят для работы двигателя в холостую. Так исключается вероятность заброса выхлопных газов в клапан и выброса горючего в трубу.
Широкие фазы — раннее открытие и позднее закрытие. Соответствуют максимальной мощности мотора. Так обеспечивается высокий крутящий момент за счет активной циркуляции газа по цилиндрам.
Регулирование фаз газораспределения
Существует 3 способа подстроить ГРМ под разную работу двигателя:
- Фазовращатель — способен проворачивать распредвал на определенный угол, благодаря электронике и гидравлике.
- Регулирование подъема педалью газа — избавляет от заслонки и перенаправляет управление на ГРМ.
- Замена механического привода на электромагнитый — за счет электроники контролируется время открытия/закрытия клапанов и работа цилиндров. Так обычный 4-тактный двигатель можно превратить в 6-тактный.
Фазы газораспределения лучше регулируются при прогреве двигателя: минимальная нагрузка и мощность, однако максимальный выброс газов.
Изменение фаз ГРМ решает 2 основные задачи:
- тщательное смешение топлива и воздуха за счет позднего открытия впускного клапана;
- снижение температуры сжимаемого воздуха и уровня NO2 за счет позднего закрытия впускного клапана.
Модернизация процесса регулирования фаз ГРМ на дизельных двигателях приведет к улучшению мощности и экономичности.
Запчасти для дизеля найдёте в нашем каталоге
Посмотреть запчасти в наличии
Метки: Эксплуатация дизеля, Дизель