Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Очень часто при описании автомобилей зарубежных концернов рядом с мотором стоят какие-то непонятные аббревиатуры. VTEC, MIVEC, VVTi – и так далее, вариантов очень много.

Несмотря на различные названия речь всегда идет об одном и том же – системе изменения фаз газораспределения, просто из-за патентов и интеллектуального права все разрабатывают системы и называют их по-своему, но суть у всех одна. Вот о ней мы и расскажем.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работыГазораспределительный механизм

Что это

Даже поверхностно знакомый с устройством мотора водитель знает, что в головке блока цилиндров есть распределительный вал, который при вращении управляет открытием и закрытием клапанов. Для этого на валу есть специальные кулачки.

Конструкторы мотора с помощью формы и размеров кулачков могут очень точно управлять временем открытия клапанов – на какой стадии цикла открываются, на какой закрываются и так далее. Это важные факторы, потому как они напрямую влияют на мощность мотора, его экономичность и эластичность.

Грамотный подбор кулачков – секрет стабильной работы мотора.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работыРаспредвал с разновеликими кулачками

С механической точки зрения тема изучена давно, любой автомобильный инженер хорошо знает как менять характеристики кулачков, чтобы улучшить поведение мотора, а словосочетание «спортивные валы» уже стало именем нарицательным – замена распредвалов на спортивных автомобилях позволяет очень заметно увеличить мощность мотора.

Если так, то в чем проблема? А она в том, что оптимальное время открытия и закрытия клапанов разное в зависимости от оборотов мотора и силы нажатия водителем на дроссель.

На низких оборотах нужны одни характеристики, на высоких – другие, но кулачки – это готовое металлическое изделие, которое не может подобно терминатору Т-1000 по первому требованию сменить форму.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работыУстройство

На специализированных машинах эту проблему решают в ущерб непрофильным режимам работы, например, спортивные автомобили очень плохо едут на низких оборотах и не экономят топливо, зато около «красной зоны» тахометра выдают максимум. На гражданских машинах используются усредненные показатели, максимальных характеристик в таком случае мотор не показывает, но зато работает стабильно во всех режимах.

Совершенно логично, что инженеры еще на заре автомобилестроения начали думать, как бы реализовать возможность менять фазы подъема клапанов в зависимости от ситуации.

Несмотря на то, что разные патенты появлялись еще с 1920-х годов, задача на практике оказалась очень непростой, первое серийное использование системы фаз газораспределения относится только к 1980-м годам.

Первыми были инженеры Alfa Romeo, но за ними быстро подтянулись и другие, особенно после того как с развитием компьютерной техники появилась возможность электронного управления.

Как работает

Несмотря на то, что все эти VTEC, MIVEC, VVTi и прочая-прочая ставят одинаковые цели и в целом про одно и то же, реальное техническое решение по управлению клапанами у инженеров разных компаний могут отличаться.

Чтобы не расширять статью сверх меры и не путать читателей, мы решили не разбирать все системы, а остановиться на одной из них, а именно VTEC от компании Honda.

Даже в рамках одного производителя система управления клапанов работает по-разному, и на примере VTEC легко наблюдать как развивались технологии.

Первый мотор с управлением фаз газораспределения инженерам Honda удалось выпустить в конце 1980-х годов. Это был мотор B16A, легендарный силовой агрегат.

Управление фазами там было реализовано с помощью того, что на распредвале было не два кулачка, а три, кроме того стоял дополнительный клапан, который по команде от ЭБУ увеличивал давление масла.

Под действием давления выдвигались специальные штифты и клапанами управляли уже не основные кулачки, а третий, дополнительный, который был настроен на высокие обороты. В головку блока встроили дополнительный датчик давления масла, благодаря которому ЭБУ понимал, когда «включать» дополнительный кулачок.

Вместе с переходом на иную фазу распределения ЭБУ менял углы зажигания и увеличивал подачу топлива. Суммарно это давало отличный эффект – атмосферный мотор 1,6 развивал на максимальных оборотах (около 7000-7500 в минуту) мощность 160 л.с. К тому же система получилась надежной.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работыДвигатель Honda B16A

Добившись хороших результатов в плане мощности, инженеры переключились на экономичность. Вторая версия системы VTEC имела уже три режима работы. Кулачков на все не напасешься, поэтому в некоторых режимах клапанами начали управлять специальные рокеры, которые приводились в действие все тем же давлением масла через клапан.

Появился экономичный режим, когда на низких оборотах при слабом нажатии на педаль газа система открывала только один впускной клапан, второй в смесеобразовании почти не участвовал. В среднем режиме открывались уже оба клапана, в мощном в дело вступал дополнительный кулачок.

И мощность увеличили, и экономичности добавили! Правда, сама система была более капризной из-за наличия дополнительных элементов.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работыУстройство VTEC

К началу нулевых годов инженерам Honda стало ясно, что увеличивать количество кулачков на распредвале не вариант – их там просто негде размещать, потому они придумали другое решение, которое получило название i-VTEC. Кулачки оставались на месте, но смещаться вдоль своей оси получил возможность распредвал.

Шестерня, которая приводит распредвал в движение, стала фактически гидравлическим механизмом, который может менять положение распредвала в пространстве. При смещении оси перемещаются рабочие участки на кулачках, клапаны открываются и закрываются уже по-другому. Самый большой плюс от такой реализации – заметное увеличение количества режимов работы.

Положений распредвала, конечно, не бесконечное количество, но всяко больше, чем можно физических кулачков нанизать, а значит компьютер имеет много вариантов по управлению смесеобразованием. Изменение фаз стало постоянным, можно сказать, онлайн, а не только при смене режима.

Ну а шестерни, которые меняют положение коленвала в пространстве, в народе начали называть фазовращателями. С атмосферного мотора в 1,6 литра стали снимать уже по 200 л.с.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работыШестерни VTEC

В конце «нулевых» годов вопрос экономичности и снижения токсичности выхлопа уже начал стоять более остро, чем увеличение мощности. Тут система распределения фаз тоже очень пригодилась. Сначала японские инженеры придумали так настроить кулачки, чтобы в такте сжатия приоткрывался впускной клапан.

Естественно, часть топливо-воздушной смеси возвращалась во впускной коллектор. Там она как следует перемешивалась с новой порцией воздуха и в следующий такт снова поступала в цилиндры. Мощность от таких манипуляций немного падала, но зато ниже стал и расход топлива, которое стало лучше смешиваться с воздухом.

Вредные выбросы удалось снизить.

Почти следом у Honda появилась система VCM, которая умеет отключать часть цилиндров в ненагруженных режимах.

Идею японские инженеры подсмотрели у коллег, а вот с технической реализацией все так же помогла система распределения фаз.

Кулачки настроены так,чтобы в некоторых режимах просто не открывать впускные клапана у части цилиндров – в них топливо не поступает, а ЭБУ корректирует это на уровне программы.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работыДвигатель с системами VTEC и VCM

Позже инженеры Honda смогли адаптировать систему изменения фаз для работы с непосредственным впрыском, что позволило еще сильнее увеличить экономичность.

В некоторых режимах мотор может стабильно работать на суперобедненной смеси 65:1 (напомним, что стандартом считается отношение 14,7:1), что заметно снижает расход топлива.

Еще одна версия VTEC получила возможность работать совместно с турбонаддувом.

Немного про минусы

Не у всех автоконцернов работы по изменениям фаз шли в такой последовательности, да и успехи по части регулировки фаз тоже часто до хондовских не дотягивали. Однако, в целом, ретроспектива систем VTEC позволяет понять как развивалась инженерная мысль в вопросе регулирования фаз.

Понятно, что за этим будущее, ведь изменение времени открытия клапанов позволяет и расход снизить, и мощность повысить.

Но есть и определенные минусы – моторы становятся дороже и сложнее по конструкции, а сама система изменения фаз – дополнительный элемент, который может (и увы на практике это часто делает) сломаться, снижает надежность мотора,повышает требование к качеству масла, требует денег на обслуживание.

Недаром многие бюджетные машины до сих пор обходятся без систем управления фаз. Например, на АвтоВАЗе первый фазовращатель появился только в 2015 году на моторе 1,8, тогда как все версии 1,6 (даже 16-клапанные) обходятся без него. Мощность, конечно, несравнимая, но цена вопроса тоже имеет значение.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работыДвигатель 1.8 ВАЗ 21179 с одним фазовращателем — находится справа. Фото — drom.ru

А может, это датчик: почему трещит и отказывает фазорегулятор

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Для чего нужна система изменения фаз в принципе? Для того, чтобы мотор работал всегда в оптимальном режиме. К сожалению, обычный распредвал с кулачками работает всегда очень усреднённо.

Что на высоких, что на низких оборотах момент открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов одинаковый, а это не очень хорошо.

Суть дела в том, что есть такое понятие – перекрытие клапанов, в которое, кстати, некоторые люди не верят – мол, не может работать мотор, если у него в какой-то период времени открыты оба клапана, и впускной, и выпускной.

Те же люди обычно не верят и в то, что пыль разрушенного катализатора не может попасть во впуск (потому что перекрытие клапанов в четырёхтактном моторе невозможно). Впрочем, перекрытию клапанов не важно, верит в него кто-то или нет. Оно просто существует. Выглядит это следующим образом.

Читайте также:  Схема кпп мтз-80 и мтз-82

На высоких и средних оборотах коленвала нужно очень быстро выводить отработавшие газы и успевать наполнить цилиндр топливовоздушной смесью. Для этого есть короткий период, когда выпускной клапан ещё открыт, но в то же время начинает открываться и впускной.

В этот момент из-за разрежения в цилиндре, создаваемого инерцией потока отработавших газов, топливовоздушная смесь засасывается в цилиндр активнее, чем при полностью закрытом выпускном клапане.

А это, само собой, приводит к более эффективной продувке цилиндра, к качественному наполнению и повышению КПД мотора. 

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Вроде бы польза от перекрытия налицо. Но не всё так просто: на минимальных оборотах коленвала эта схема работать не будет. В этом случае из-за пониженного давления на впуске будет происходить смешивание топливовоздушной смеси и отработавших газов, мотор будет работать неравномерно, а то и вовсе не сможет работать. Поэтому на холостых оборотах перекрытие клапанов принесёт только вред.

В идеале мотор должен уметь менять фазы – от узких фаз на холостых оборотах (без перекрытия клапанов) до широких – на высоких оборотах (для более быстрой продувки и наполняемости цилиндра топливовоздушной смесью). Раньше моторы менять фазы не умели, и КПД от этого страдал.

Конечно, с этим пытались бороться, и кое-кто даже вспомнит, что для старых вазовских моторов предлагали довольно необычное решение – разрезные шестерни распредвалов. Это был такой своеобразный прообраз фазорегулятора: венец такой шестерни мог немного вращаться относительно центральной части, которая крепилась на распредвале неподвижно.

Само собой, ни о какой автоматической регулировке фаз речь не шла, но можно было поставить эти шестерни и попытаться подобрать оптимальный угол фаз, а затем намертво затянуть болты, фиксирующие обе части шестерни относительно друг друга, и наслаждаться ездой.

Конечно, всё это – полумера, которая не позволяла менять фазы в зависимости от частоты вращения коленвала, а лишь немного эти фазы настроить. Всё изменилось, когда в моторах появились полноценные автоматические системы изменения фаз.

https://www.youtube.com/watch?v=2T3z5pSxOpk\u0026pp=ygWMAdCn0YLQviDRgtCw0LrQvtC1INGE0LDQt9C-0LLRgNCw0YnQsNGC0LXQu9GMINCyINC00LLQuNCz0LDRgtC10LvQtSDQsNCy0YLQvtC80L7QsdC40LvRjzog0YPRgdGC0YDQvtC50YHRgtCy0L4g0Lgg0L_RgNC40L3RhtC40L8g0YDQsNCx0L7RgtGL

Таких систем много, и многие производители называют систему по-своему: у Volkswagen эта система называется VVT, у Toyota – VVT-i, у Kia и Hyundai – CVVT и так далее.

В деталях они имеют отличия, но в целом работают приблизительно одинаково, хотя некоторые производители со своими системами заходили куда-то очень далеко (например, Fiat со своим MultiAir, который валом, приводимым от выпуска, толкал впускные клапаны через отдельную довольно странную электрогидравлическую систему). Есть ещё и механизмы изменения подъема клапанов, которые тоже влияют на фазы, и ступенчатое изменение фаз газораспределения, которое особенно любят японцы, и некоторые другие решения, которые требуют отдельных рассказов. Но сегодня мы остановимся на самом массовом и простом подходе – на повороте распределительного вала гидроуправляемой муфтой системы фазорегулирования (то есть, с тем самым классическим «фазиком»). Итак, как это работает?

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работыСистема VVT-i Toyota

Чуть вперёд и чуть назад

Работает, в общем-то, не очень сложно. Вместо простой цельной звезды на распредвале стоит гидроуправляемая муфта (если она одна, то на впускном распредвале, если две – то на обоих). Центральная её часть (он же – ротор) крепится к распредвалу, внешняя (корпус) приводится в действие ремнём или цепью ГРМ, как и обычная звезда.

Ротор может немного поворачиваться в корпусе муфты, а значит, изменять фазы. В случае с гидроуправляемой муфтой поворот ротора осуществляется с помощью моторного масла, которое при необходимости подаётся в «фазик» через распределитель.

В целом – всё, но остаётся один вопрос: откуда муфта знает, что распредвал нужно немного повернуть?

Знает она это по подсказке ЭБУ. Блок управления анализирует сигналы от множества датчиков: оборотов коленвала, распредвалов, температуры антифриза, количества и температуры воздуха (набор датчиков может немного отличаться).

В зависимости от оборотов коленвала и нагрузки ЭБУ командует клапану (или распределителю) открыть или закрыть проход масла в муфту. Вроде всё просто, но есть некоторая сложность: работа фазовращателя зависит от очень многих факторов, отчего причину ошибки устройства иногда приходится искать очень долго.

А иногда вообще не сразу можно понять, что фазовращатель не работает совсем.

Нет, конечно, многое в работе мотора меняется. Но некоторые симптомы типичны для очень многих неисправностей, которые с фазовращателем никак не связаны.

Наиболее яркий признак отказа «фазика» – его специфический треск, особенно после пуска холодного мотора. Этот треск трудно спутать с чем-то другим, а источник звука довольно легко найти, так что ошибиться практически невозможно. Другое дело, что причину отказа надо будет ещё поискать, но об этом ниже.

Второй признак помимо треска – это нестабильная работа на холостом ходу. А ещё – снижение тяги на оборотах и рост расхода топлива. Вот тут сложнее: в этих бедах могут быть виноваты десятки неисправностей, не связанных с «фазиком». Чуть более точно на него укажут ошибки, связанные с синхронизацией фаз.

Впрочем, ошибки могут быть разными, и не всегда сразу подозрение падает на фазовращатель. На некоторых автомобилях есть коды ошибок, которые указывают непосредственно на него, но часто будет общая ошибка рассинхронизации, причина которой может быть и в растянутой цепи, и в перескочившем ремне ГРМ.

Однако и в этих случаях не надо забывать про фазорегулятор.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Если мы говорим про обычный гидроуправляемый фазовращатель, то в первую очередь проверять надо не саму муфту, а клапан-распределитель. Неисправность у электромагнитного клапана чаще всего одна: он клинит в одном из положений. Грубая проверка клапана довольно проста: можно на холодном моторе отключить разъём на клапан и подать на него напряжение напрямую от аккумулятора.

Если мотор станет работать неустойчиво (или просто хуже), значит, клапан работает. Но так как он способен клинить, лучше будет его снять и убедиться, что шток не залипает ни в одном положении. Для более точной проверки нужно ещё измерить ход штока и сопротивление обмотки, но будем считать, что для нас это уже слишком сложно.

Поэтому для начала просто убедимся, что клапан работает.

Если с ним всё в порядке, то есть смысл проверить проводку до клапана. Если и с ней всё хорошо, то есть два варианта развития событий.

https://www.youtube.com/watch?v=2T3z5pSxOpk\u0026pp=YAHIAQE%3D

Первый – это износ самой муфты. Неприятность достаточно дорогая, но не слишком частая. Тут вариантов проблемы несколько: могут износиться лопатки ротора, может – сам корпус. Муфта может люфтить или поворачивать на недопустимые углы, смещая фазы слишком сильно (или недостаточно сильно). Но выход в любом случае один – ставить новый «фазик».

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Второй вариант связан с тем, что клапан по какой-то причине не получает команду от ЭБУ на изменение фаз. Вот тут диагностика может только начинаться. Фазорегулятор может перестать работать из-за отсутствия сигналов датчика положения коленвала, распредвалов, расхода или температуры воздуха. В общем-то, из-за любого датчика.

При этом трещать он тоже не будет: нет сигнала – нет треска. Однако если подключить сканер, есть вероятность увидеть и ошибку рассинхронизации фаз, которая может натолкнуть на мысль о фазовращателе.

Само собой, ремонтировать его в этом случае не надо, а надо искать причину, по которой ЭБУ решил управлять мотором в аварийном режиме.

С ним и без него

Можно ли ездить с неработающим фазовращателем? Можно. Бывает, его специально глушат, если надоедает менять его слишком часто или просто нет денег на замену прямо сейчас. Почти всегда мотор работать будет. Не всегда хорошо, не в полную силу, но будет. Но лучше, конечно, так не делать.

А вот чтобы подольше не встречаться с неисправностями фазорегулятора, достаточно лишь вовремя менять масло. И непосредственно муфта, и особенно клапан очень требовательны к чистоте масла. Поэтому рецепт сохранения здоровья «фазика» прост: требуется своевременная замена масла, и регламентные 15 тысяч пробега по городским пробкам – это, к сожалению, слишком редко. 

И, конечно же, требуется нормальное давление в системе смазки. Если давление будет недостаточным, фазовращатель работать не сможет – он берёт масло от того же насоса из общей системы смазки. Правда, если давление слишком низкое, то и весь мотор долго не протянет. Но это уже другая история.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Фазовращатель ДВС принцип работы: описание, характеристики

  • Положение и частота вращения коленчатого вала.
  • Положения распределительного вала.

Современные экологические нормы заставляют автопроизводителей разрабатывать более совершенные двигатели, повышать их эффективность и снижать уровень выбросов.

Дизайнеры учатся управлять процессами, которые раньше принимались с компромиссными средними показателями. Одной из таких разработок является система переменной фазы газораспределения (CVVT).

В этой статье мы не будем подробно останавливаться на синхронизации кулачков, эту информацию можно найти здесь.

  1. Конструкция системы CVVT
  2. Муфта CVVT
  3. Как работает электромагнитный клапан управления VVT
  4. Как это работает
  5. Триггер
  6. Lag
  7. Логика работы CVVT
  8. Техническое обслуживание

Так, например, для холостого хода подходит узкий фазировка клапанов с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фазировки (фазировка одновременного открытия впускных и выпускных клапанов). Почему? Потому что он предотвращает попадание отработавших газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

Читайте также:  Антифриз Хендай Солярис: что лучше залить и когда менять

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Основная функция распределительного вала заключается в обеспечении максимально эффективного наполнения и продувки цилиндра во время работы двигателя. Экономичность, мощность и крутящий момент двигателя зависят от фаз газораспределения.

Качество работы двигателя — его эффективность, мощность, крутящий момент и экономичность — также зависит от множества факторов, таких как фазы газораспределения, т.е. время открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

В обычном четырехтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (т.е. ширину фазы), а также подъем клапана.

Так, например, для холостого хода подходит узкоклапанная синхронизация с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускные и выпускные клапаны открыты одновременно). Почему? Поскольку это предотвращает попадание отработавших газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

Поэтому при разработке и совершенствовании двигателей конструкторам приходится согласовывать множество взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Судите сами.

При одинаковых фиксированных фазах двигатель должен иметь достаточно хорошую тягу на низких и средних оборотах, приемлемую мощность — на высоких оборотах.

Кроме того, он должен стабильно работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным. Какая задача!

Конструкторы уже давно занимаются решением подобных проблем и способны изменить характеристики двигателя до неузнаваемости путем смещения и изменения ширины фаз газораспределения клапанов. Увеличить крутящий момент? Пожалуйста. Больше мощности? Нет проблем. Снизить потребление? Нет проблем. Однако иногда приходится жертвовать одним показателем ради другого.

Изменение момента открытия и продолжительности — это нормально. Но что, если вы попытаетесь изменить подъемник? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и передать процесс управления режимами работы двигателя газораспределительному механизму (механизму ГРМ).

Что не так с дроссельной заслонкой? Это ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних скоростях. Когда двигатель работает при закрытой дроссельной заслонке, во впускном коллекторе создается высокий вакуум.

Что является причиной этого? Высокая инерционность разбавленной газообразной среды (топливно-воздушной смеси), ухудшение наполнения цилиндров свежим зарядом, уменьшение струи и ухудшение реакции педали акселератора.

Хотя количество и размер клапанов близки к максимально возможным, эффективность наполнения и продувки цилиндров может быть еще выше. Чем, скоростью открытия клапана. Правда, механический привод здесь уступает место электромагнитному.

Вероятно, дальнейшее повышение эффективности двигателя невозможно из-за фаз газораспределения. Большую мощность и крутящий момент при том же рабочем объеме двигателя с меньшим расходом топлива можно получить только другими способами. Например, комбинированный наддув или конструкции, изменяющие степень сжатия, различные виды топлива. Но это уже другая история.

Системы в основном схожи по конструкции и работе, за исключением системы Valvelift. VTEC, например, является одной из самых известных систем, состоящей из набора кулачков с различными профилями кулачков и системы управления.

Система изменения фаз газораспределения (обычно известная как Variable Valve Timing, VVT) предназначена для регулировки параметров фаз газораспределения в зависимости от характеристик двигателя. VVT увеличивает мощность и крутящий момент двигателя, улучшает расход топлива и снижает вредные выбросы.

Регулируемые рабочие параметры газораспределительного механизма включают:

  • момент открытия (закрытия) клапана;
  • время открытия клапана;
  • подъем клапана.

Вместе эти параметры составляют фазу газораспределения — продолжительность тактов впуска и выпуска, выраженную углом поворота коленчатого вала относительно мертвой точки. Фазы газораспределения определяются формой кулачка, воздействующего на клапан.

Различные условия работы двигателя требуют разного времени работы клапанов. Например, при низких оборотах двигателя фазы распределительного вала должны иметь минимально возможную продолжительность («узкие» фазы). С другой стороны, на высоких оборотах двигателя фазы газораспределения рассчитаны на максимально возможное перекрытие впускных и выпускных газов (естественная рециркуляция газов).

Распределительный вал имеет определенную форму и не может иметь как узкие, так и широкие фазы кулачков. На практике форма кулачка является компромиссом между высоким крутящим моментом на низких оборотах и высокой мощностью на высоких оборотах коленчатого вала. Это противоречие разрешается системой переменного фазирования распредвала.

В зависимости от параметров, устанавливаемых для привода клапанов, различают следующие варианты фаз газораспределения клапанов

  • вращение распределительного вала;
  • использование различных профилей кулачков
  • системы подъема клапанов: вращение распределительного вала; использование кулачков с различными профилями кулачков; изменение подъема клапанов.

Наиболее распространенными системами фазирования распредвала являются системы, использующие вращение распределительного вала:

  • VANOS (двойной VANOS) от BMW;
  • VVT-i (Dual VVT-i), переменная фаза газораспределения с интеллектуальным управлением от Toyota;
  • VVT, Variable Valve Timing от Volkswagen;
  • VTC, Variable Timing Control от Honda;
  • CVVT, Continuous Variable Valve Timing от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors;
  • VCP, Variable Cam Phases от Renault.

Принцип работы основан на вращении распределительного вала, что заставляет клапаны открываться раньше, чем в исходном положении.

В системе переменного фазирования распредвала такого типа разработаны гидростатически управляемая муфта и система управления этой муфтой.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

В большинстве случаев гидромуфта устанавливается на распределительном валу впускного клапана. В некоторых конструкциях муфта устанавливается на впускной и выпускной распределительные валы для расширения параметров управления.

Фазовращатель распределительного вала обычно работает в следующих режимах

  • холостого хода (минимальная частота вращения коленчатого вала);
  • максимальная производительность;
  • максимальный крутящий момент.

Другой тип системы изменяемой синхронизации распределительных валов основан на использовании кулачков разной формы, что приводит к тому, что время и высота открытия клапанов меняется скачкообразно. Известными системами синхронизации кулачков являются:

  • VTEC, электронное управление с переменным временем и подъемом клапанов от Honda;
  • VVTL-i, Variable Valve Timing and Lift with intelligence от Toyota;
  • MIVEC, Mitsubishi Innovative Valve Timing Electronic Control от Mitsubishi;
  • Система Valvelift от Audi.

Конструкция и работа этих систем в основном схожи, за исключением системы Valvelift. Например, одной из самых известных является система VTEC, которая состоит из набора кулачков с различными профилями кулачков и системы управления.

Распределительный вал имеет два малых кулачка и один большой кулачок. Маленькие кулачки соединены через соответствующие рокеры клапанов (коромысла) с парой впускных клапанов. Большой кулачок перемещает коромысло.

Во втором варианте VTEC существует три режима управления, определяемые действием одного малого кулачка (открытие одного впускного клапана, низкие обороты двигателя), двух малых кулачков (открытие двух впускных клапанов, средние обороты двигателя) и большого кулачка (высокие обороты двигателя).

Современная система регулировки фаз газораспределения Honda — это система I-VTEC, которая объединяет в себе системы VTEC и VTC. Эта комбинация значительно расширяет параметры управления двигателем.

Наиболее продвинутый с точки зрения конструкции вариант системы изменяемой фазы газораспределения основан на управлении подъемом клапана. Эта система устраняет необходимость в дроссельной заслонке в большинстве условий работы двигателя. Пионером в этой области является BMW и его система Valvetronic. Подобный принцип используется и в других системах:

  • Toyota’s Valvematic;
  • Система VEL, система переменного открытия и подъема клапанов от Nissan;
  • Fiat’s MultiAir;
  • VTI, впрыск с изменяемыми клапанами и фазами газораспределения от Peugeot.

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Система Valvetronic устанавливается только на впускные клапаны.

В Valvetronic количество воздуха, поступающего в цилиндры, регулируется подъемом и фазами клапанов. Это достигается путем введения эксцентрикового вала и промежуточного рычага.

Рычаг соединен через червячную передачу с сервоприводом, который управляется ЭБУ. Изменение положения промежуточного рычага смещает действие рычага клапана в сторону большего или меньшего открытия клапана.

Более подробно принцип работы показан на видео.

СИСТЕМЫ С РАЗНОЙ ФОРМОЙ КУЛАЧКОВ

Эти системы были впервые разработаны инженерами Honda, которые добавили третий кулачок в дополнение к двум кулачкам, приводящим в действие открытие клапана. Это имело более высокий профиль. На низких скоростях работали низкопрофильные кулачки, а на более высоких скоростях вступали в действие высокопрофильные кулачки.

Вскоре различные автомобильные компании стали производить такие распределительные валы, но под разными названиями:

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Давайте проанализируем принцип работы VTEC на примере реализации от Honda (другие системы работают по аналогичному принципу).

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Как видно на схеме, в режиме низких оборотов усилие передается на клапаны через коромысла за счет выбега двух наружных кулачков. В этом режиме центральное коромысло движется «вхолостую».

При повышении рабочего давления на более высоких оборотах двигателя шток плунжера (запорный механизм) втягивается и преобразует три коромысла в одно соединение.

Подъем клапанов достигается путем подбора коромысла к кулачку с наибольшим профилем кулачка в центральной части.

Разновидностью VTEC является конструкция, в которой режимы низкой, средней и высокой скорости соответствуют разным коромыслам и кулачкам. На низких оборотах меньший кулачок открывает только один клапан, на средних оборотах два меньших кулачка открывают два клапана, а на высоких оборотах самый большой кулачок открывает оба клапана (3-ступенчатый SOHC VTEC).

2016-2020 24techno-guide.com Все права защищены. Использование содержимого веб-сайта возможно только тогда, когда активная прямая

ссылку на наш ресурс.

2016-2020 24techno-guide.ru Все права защищены. Использование материалов данного сайта возможно только в том случае, если установка активной прямой системы

  • ссылку на наш ресурс.

Принцип работы фазовращателя

ФАЗОВРАЩА́ТЕЛЬ — уст­рой­ст­во для из­ме­не­ния фа­зы элек­трических (элек­тро­маг­нит­ных) ко­ле­ба­ний.

При­ме­ня­ет­ся в ав­то­ма­ти­ке, пре­об­ра­зо­вательной, из­ме­рительной и СВЧ-тех­ни­ке для из­ме­не­ния фор­мы вход­но­го сиг­на­ла, ком­пен­са­ций фа­зо­вых ис­ка­жений сиг­на­лов, фа­зо­вой мо­ду­ля­ции, соз­да­ния за­дан­ных фа­зо­вых сдви­гов сиг­на­лов в ко­ге­рент­ных ра­дио­сис­те­мах (напр., в фа­зи­ро­ван­ных ан­тен­ных ре­шёт­ках) и др.

Читайте также:  Как завести машину «с толкача» правильно: механика, автомат, робот

Большинство современных ДВС все более активно получают систему изменения фаз газораспределения.

Фиксированные фазы газораспределения заставляют конструкторов ДВС проектировать мотор так, чтобы присутствовала уверенная тяга в диапазоне низких и средних оборотов, но при этом оставался запас мощности для поддержания набранной скорости и дальнейшего ускорения автомобиля при выходе ДВС на режимы около зоны максимальных оборотов. 

Система изменения фаз газораспределения VVT (англ. Variable Valve Timing) создана для динамичной корректировки рабочих параметров механизма газораспределения.

Данное управление осуществляется с учетом различных режимов работы силового агрегата.

Эта система позволяет добиться повышения мощности мотора и моментной характеристики. Она обеспечивает экономию горючего, а также снижает токсичность выхлопных газов в процессе работы двигателя.

Кроме этого, она влияет на основные параметры работы газораспределительного механизма. К таким параметрам относят моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, длительность времени открытия клапана и высоту его подъема.

От этого зависит продолжительность такта впуска и выпуска, что выражается тем углом, на который повернут коленчатый вал двигателя по отношению к мертвым точкам (ВМТ и НМТ) во время движения поршня в цилиндре.

Форма кулачка распределительного вала определяет фазу газораспределения, так как указанный кулачок оказывает прямое воздействие на впускной или выпускной клапан ГРМ.

Для чего необходима система изменения фаз газораспределения

В режиме холостого хода наиболее рациональными становятся «узкие» фазы газораспределения, под которыми понимается позднее открытие и ранее закрытие клапанов.

При этом исключается перекрытие фаз, под которым понимается время одновременного открытия впускного и выпускного клапана.

Это необходимо для того, чтобы исключить попадание выхлопных газов во впуск и выброс топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор.

Выход мотора на режим максимальной мощности означает повышение оборотов, так как распредвал крутится быстрее и время открытия клапанов сокращается.

Для того чтобы не терялась мощность и крутящий момент на высоких оборотах сохранялся, в двигатель должно поступать намного больше топливно-воздушной смеси, а выпуск отработавших газов должен быть реализован максимально эффективно.

Задача решается путем раннего открытия клапанов и увеличения времени их открытия, делая фазу «широкой». Фаза перекрытия также расширяется до максимума с ростом оборотов, что необходимо для качественной продувки цилиндров.

  • Если мотор работает на низких оборотах, нужны максимально короткие фазы газораспределения.
  • Время открытия клапана должно быть увеличено до максимума, параллельно обеспечивая такты впуска и выпуска, а также эффективное перекрытие.
  • Сам кулачок распредвала имеет форму, которая способна обеспечить как реализацию узкой, так и широкой фазы.
  • Проблема заключается в том, что фиксированная форма кулачка не позволяет одновременно добиться узких и широких фаз газораспределения. 

Системы изменения фаз газораспределения

  1. система поворота распредвала;
  2. кулачки распредвала с различным профилем;
  3. система изменения высоты подъема клапанов;
  4. система на основе гидроуправляемой муфты;
  5. муфта гидроуправляемая.

Работа указанных выше систем основывается на небольшом повороте распредвала по ходу его вращения. Такой способ позволяет добиться раннего открытия клапанов сравнительно с их базовым начальным положением.

Поворот распредвала осуществляется при помощи электроники управления и гидравлики, а сама система чаще всего затрагивает только впускные клапаны. Рост оборотов ДВС приводит к тому, что фазовращатель осуществляет проворот распредвала по ходу его вращения, впускные клапана открываются раньше и цилиндры намного более эффективно наполняются рабочей смесью в режиме высоких оборотов.

  • Данная муфта конструктивно включает в себя:
  • ротор, который соединен с распредвалом;
  • корпус, которым выступает шкив привода распредвал.

В определенные полости, которые расположены между ротором и корпусом-шкивом, попадает моторное масло из системы смазки ДВС. Масло в муфту подается по особым каналам. Когда моторное масло заполняет одну или другую полость муфты, осуществляется поворот ротора по отношению к корпусу. Этот поворот ротора означает, что и распределительный вал будет повернут на необходимый угол.

Чаще всего местом установки гидроуправляемой муфты становится привод того распределительного вала, который отвечает за работу впускных клапанов. Встречаются также конструкции ДВС, когда подобные муфты-фазовращатели стоят как на впускном распредвале, так и на выпускном. Данное решение позволяет шире и эффективнее регулировать параметры работы ГРМ на впуске и выпуске, но усложняет механизм.

Фазовращатели ГРМ

  1. Электронное управление автоматически регулирует работу гидроуправляемой муфты.

  2. Система такого управления включает в себя:
  3. группу входных датчиков;
  4. электронный блок управления;
  5. список исполнительных устройств.

Система управления получает показания от датчика Холла, который производит оценку положения распредвалов. Дополнительно задействованы и другие датчики, которые используются ЭБУ для управления работой всего двигателя.

К таковым относят датчик, измеряющий частоту вращения коленвала, температурный датчик охлаждающей жидкости (ОЖ), датчик расхода воздуха и другие. Сигналы от этих датчиков подаются в ЭБУ, который после отправляет соответствующий сигнал на специальное управляющее (исполнительное) устройство.

Таким устройством, на которое воздействует электронный блок управления двигателем, является электромагнитный клапан (электрогидравлический распределитель).

Клапан представляет собой распределитель, который при необходимости открывает доступ потоку моторного масла к гидроуправляемой муфте, а также реализует отвод масла от фазовращателя.

Это зависит от того, в каком режиме работает силовой агрегат.

Данная схема изменения фаз газораспределения с использованием муфты задействуется в момент работы двигателя на холостом ходу, (мотор работает на самых низких оборотах), в режиме максимальной мощности на высоких оборотах, а также в том режиме, когда осуществлен выход ДВС на максимум крутящего момента.

Система ступенчатого изменения фаз газораспределения

Здесь используются решения, основанные на использовании кулачков распредвала разной формы. Благодаря такому способу удается достичь ступенчатого изменения момента времени, на который открывается клапан, а также изменить саму высоту подъема клапанов.

Распределительный вал в таких системах управления фазами газораспределения выполнен так, что имеет сразу два кулачка малого размера, а также один кулачок большего размера. Меньшие кулачки при помощи специального рокера (коромысла) соединяются с впускными клапанами.

Большой кулачок отвечает за перемещение одного незадействованного коромысла.

Трехступенчатое регулирование фаз газораспределения

Такая система позволяет переключаться с малых кулачков на большой зависимо от режима работы ДВС. Переход между режимами достигается благодаря тому, что происходит срабатывание специального механизма блокировки. Указанный блокирующий механизм основан на гидравлическом приводе.

Когда мотор работает на низких оборотах и при незначительной нагрузке, впускные клапаны приводятся в действие малыми кулачками распределительного вала, фазы газораспределения в таком режиме имеют небольшую продолжительность (узкая фаза).

Если двигатель раскручивается до определенных оборотов, система управления активирует механизм блокировки. В результате происходит соединение коромысел малых и большого кулачков, что обеспечивает жесткость конструкции.

Соединение происходит при помощи особого стопорного штифта, а усилие на впускные клапаны начинает поступать от единственного большого кулачка. Малые кулачки распредвала на высоких оборотах двигателя становятся неактивными.

Выход на режим максимальных оборотов заставляет впускные клапаны работать от центрального кулачка большого размера.

Указанный кулачок имеет особый профиль, который специально подобран для достижения максимального подъема клапанов, что означает повышение отдачи от ДВС на мощностных режимах работы агрегата.

Такой подход значительно расширил возможности управления параметрами ГРМ для эффективного регулирования работы двигателя на различных режимах.

Системы изменения фаз газораспределения

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 четко 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

Источники:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector