ᐉ 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

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. 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, передвигающим золотник 2, по сигналам блока управления двигателем.

Рис. 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 Фольксваген.

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. 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. 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, 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 и он натягивает цепь вверх, устанавливая открытие клапанов в положение соответствующее большему крутящему моменту (раннее открытие клапанов).

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.

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.

Распределительный вал привода впускных клапанов может поворачиваться и с помощью поршня.

Рис. 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. 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 двигателях (MERCEDES-BENZ, ALFA ROMEO и др.) с двумя верхними распределительными валами.

В конструкции двигателей БМВ применены принципы работы обоих вышеописанных способов изменения фаз газораспределения.

Рис. Бесступенчатое изменение фаз газораспределения фирмы БМВ:
1 – управляющий поршень; 2 – косозубая шестерня; 3 – прямозубая шестерня; 4 – натяжитель цепи

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 вышеизложенным системам является более дешевая конструкция системы изменения фаз газораспределения, действующая с использованием гидроуправляемой муфтой.

Рис. Схема системы непрерывного изменения фаз газораспределения с гидроуправляемой муфтой:
1 – масляный насос; 2 –электронный блок управления двигателем; 3 – датчик Холла для распределительного вала привода выпускных клапанов; 4 – датчик Холла для распределительного вала привода впускных клапанов; 5 – распределительный вал для впускных клапанов; 6 – распределительный вал для выпускных клапанов; 7 – электрогидравлический распределитель распределительного вала для впускных клапанов; 8 – электрогидравлический распределитель распределительного вала для выпускных клапанов; 9 – рабочие полости; 10 – ротор; 11 – гидроуправляемая муфта; а – общая схема; б – поворот ротора относительно корпуса вправо; в – поворот ротора относительно корпуса влево

Рис. Общий вид системы непрерывного изменения фаз газораспределения с использованием лопастного гидравлического двигателя:

Привод состоит из двух частей – внутренней с закручивающимся ротором 10, связанной с распределительным валом и внешней 11, приводимой цепью или ременной передачей от коленчатого вала. Связь между обеими частями осуществляется с помощью масляной полости, в которой выступы ротора или 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. Некоторые производители, например Ауди, при запуске двигателя блокируют ротор при запуске двигателя специальным плунжером, управляемым гидравлической системой, что позволяет установить распределительный вал привода впускных клапанов в положении наиболее благоприятного впуска топливовоздушной смеси. При наполнении масляной полости маслом, внутренняя и внешняя части привода разъединяются. При самом большом давлении масла распределительные валы поворачиваются в положение соответствующее наиболее позднему впуску горючей смеси и наиболее раннему выпуску отработавших газов.

Управляющий электрогидравлический распределитель 8 состоит из гидравлической части и электромагнита. Клапан установлен на корпусе распределительных валов и подключен к системе смазки двигателя. В цилиндре распределителя установлен золотник, перемещение которого приводит к изменению потоков масла. Управление положением золотника управляющего распределителя происходит по сигналу электронного блока управления 2. В зависимости от положения распределителя масло подается к гидроуправляемой муфте через один или через оба канала. Подключением 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.

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.

Система изменения фаз газораспределения на дизелях

04.12.2021

267

Самое время поговорить про систему, найти которую можно даже на самом дешевом силовом агрегате. Как вы уже могли догадаться, речь пойдет про систему смены фаз газораспределения.

Что это такое? По какому принципу работает? Из чего состоит? Да и для чего используется? Постараемся максимально подробно ответить на все эти вопросы. Ну что, поехали!

Впервые система смены фаз газораспределения начали использовать на бензомоторах в 90-х годах прошлого века. Благодаря ее использованию удалось не только увеличить мощность, но также сделать двигатель более экономичным и экологичным. Да, система изменения фаз реально улучшает параметры ДВС и позволяет ему легко адаптироваться к нагрузкам и условиям работы.

По непонятной нам причине, в русском используется очень сложное обозначение этого механизма: «изменение фаз газораспределения». Человек далекий от темы очевидно ничего не поймет. В оригинале это понятие называется «valve timing», что дословно можно перевести как время открытия клапанов. Звучит в разы проще и понятней, не правда ли?

 

В реальности же, эта система отвечает за регулировку исключительно моментов открытия/закрытия впускных и выпускных клапанов. Она не может поменять высоту подъема клапанов и также не управляет временем их открытия. И да, время между их открытием и закрытием – остается неизменным.

 

Принимая во внимание все выше сказанное, что дает сдвигание момента подъема клапанов? Давайте остановимся на этом моменте более подробно.

 

Кстати, у нас в YouTube есть специальный ролик, в котором мы детально разобрали работу системы изменения фаз газораспределения.
 

 

Чтобы было максимально понятно, давайте использовать схемы работы системы смены фаз газораспределения. Дадим краткие пояснения.

 

Первым, что нужно понять, так это то, что благодаря рассматриваемой сегодня системе, удается сдвинуть момент открытия/закрытия клапанов относительно поршня. Представьте, что в зависимости от нагрузки выпускной клапан вполне реально открыть намного раньше момента, когда он достигнет мертвой точки, как и закрыть до того, как он достигнет мертвой точки, но уже верхней. Но можно сделать совсем иначе и сдвинуть данные моменты ближе к точке крайнего положения поршня. Похожая ситуация и с впускными клапанами: они открываются до, либо после достижения мертвой точки. Моменты открытия/закрытия бесступенчато регулируются. В противном случае поршни и клапана могут удариться друг о друга.

Кроме этого не стоит забывать, что 4 такта – это два оборота коленчатого вала, т.е. 720 градусов вращения. Распределительные валы медленнее в два раза, поэтому за 4 такта они провернутся только на 360 градусов. Про фазу впуска, такт сжатия, рабочий ход, такт выпуска.

Длительность фаз остается неизменной – они задаются профилем кулачков распределительных валов. Вот только поменяв момент начала открытия/закрытия клапанов, удается перенастроить двигатель под определенные условия работы.

 

Приобрести нужные запчасти на ваш автомобиль вы можете в нашем каталоге.

 

Детально разбирать принцип работы системы смены фаз мы будем на примере мотора, у которого есть фазокрутилки на обоих распределительных валах. А описывая функционал системы, давайте договоримся представлять силовой агрегат, у которого всего один цилиндр и по одному впускному и выпускному клапану. Так будет максимально наглядно и понятно. Но все описанное одинаково подходит для всех современных бензиновых моторов.

 

Как работает эта система на холостых?

На холостом ходу клапана перекрывает минимально, а цилиндр заполнен свежим воздухом, что позволяет очистить его от отработавших газов. Чтобы добиться максимальной экономии, рассматриваемая сегодня система, может задать максимально позднее открытие и закрытие впускного клапана. Благодаря этому такт сжатия становится минимальным, а рабочая смесь подается во впускной коллектор. По сути, это уменьшает такт сжатия, да и реальная степень сжатия снижается относительно геометрической. Звучит сложно? Говоря простым языком – эти манипуляции снижают рабочий объем цилиндра. А вот выпускной клапан, наоборот, открывается раньше обычного, до того, как поршень дойдет до НМТ на рабочем такте. Благодаря этому у отработавших газов будет больше времени выйти из цилиндра.

Еще стоит знать, что, изменяя момент открытия/закрытия, система смены фаз позволяет задать куда более короткий такт сжатия, попутно удлинив рабочий ход. Это все сказывается в положительную сторону на КПД двигателя и экономии.

 

 

Как работает эта система при средней нагрузке?

При движении с постоянной скоростью мотору требуется набрать достаточно мощности, только так можно добиться экономии бензина. Но еще стоит помнить про экологичность. Совместить эти два фактора кажется нереальным? А вот и нет, это вполне реально.

Решение очень элегантное: потребуется создать условия, где в цилиндры будет идти меньше воздуха и бензина. Также нужно максимально снизить внутренние потери при рабочих процессах.

Добиться этого удалось путем введения внутренней рециркуляции. Фазокрутилки устанавливают впускной клапан на самое раннее открытие, а вот выпускное – на максимально позднее. Благодаря чему, на такте выпуска перед ВМТ впускной клапан – открывается, одновременно с ним еще не успевает закрыться выпускной. Таким образом можно добиться максимального перекрытия клапанов и отработавшие газы могут быстро перейти во впуск.

А вот во время всасывания в цилиндр входит как свежая топливовоздушная смесь, так и отработавшие газы, кроме этого может засосать и не прогоревшее до конца топливо. И что самое главное, мотор отлично функционирует на получившейся смеси! У такого решения есть несколько положительных факторов: уменьшаются насосные потери, поскольку разрешение во впуске на порядок меньше, так что газы лучше идут через впускной клапан. Кроме этого в цилиндре скапливается не так много кислорода, так что и топлива в него подается меньше. Конечно, во время рециркуляции рабочий объем также снижается, но не благодаря геометрии камеры сгорания, а благодаря снижению количества топлива и воздуха, из которых и формируется искомая топливовоздушная смесь. И да, если в цилиндр входит меньше воздуха, то и температура сгорания снижается, а значит – ниже образование оксидов азота, что и делает мотор более экологичным.

А при максимальном перекрытии клапанов, длительность такта сжатия и рабочего хода – возрастают. Это и помогает улучшить эффективность силового агрегата.

 

 

Как работает эта система при полностью открытой заслонке?

Условно, работу мотора можно разделить на два этапа. На первом – когда педаль газа утоплена в пол, а мотор начинает разгоняться до максимальных оборотов. Данный режим даже имеет специальное название: «режим максимального крутящего момента». В нем, чтобы увеличить прирост крутящего момента, впускной клапан открывается раньше, так что и закрытие также идет раньше. Благодаря этому цилиндр очень быстро заполняет воздух, клапана почти не перекрыты, а такт сжатия длится максимально долго.

 

 

При возрастании скорости работы мотора, момент открытия становится более поздним. Опять же, перекрытие все еще минимальное, такт сжатия также уменьшается. А на позднем закрытии клапана на большой скорости работы мотора, цилиндр быстрее наполняется свежим зарядом. Проще говоря, забирает больший объем воздуха, который участвует в создании топливовоздушной смеси. Конечно, такт сжатия стал меньше, крутящий момент также понизился, вот только мотор все еще увеличивает скорость работы, а от этого увеличивается его КПД.

 

 

Система изменения фаз газораспределения на дизельных моторах

Дизелям вряд ли нужна система, отвечающая за смену момента открытия клапанов. В первую очередь, ДВС с воспламенением от сжатия не требуют поддержания стехиометрического состава топливовоздушной смеси. Вся фишка в том, что они хорошо функционируют на максимально обедненном составе, где превалирует содержания воздуха, так что им не требуются дополнительные меры, которые позволят увеличить количество подаваемого в цилиндры воздуха.

Кроме этого у дизелей нет нужды в дросселировании, так что разряжение во впускном коллекторе снижено до минимума и нет проблем с отложенным впуском.

Старые атмосферники были не очень быстрыми, отсюда и росли ноги проблем с заполнением цилиндров новым воздухом.

У современного поколения двигателей с воспламенением от сжатия есть турбонаддувы, а значит больше не нужны дополнительные манипуляции для улучшения работы клапанного механизма.

И да, благодаря высочайшей степени сжатия в дизелях возможно добиться открытия впускного клапана и позднего закрытия выпускного. А вот о перекрытии речи и быть не может.

 

Но стоит признать, что все же существуют турбодизельные моторы у которых есть возможность смены фаз. Например, компания Мицубиши выпускает такие моторы уже более 10 лет. Например, это ДВС 4N1, которые ставят на кроссоверы компании, идущие на рынки Центральной Европы. Да, у нас подобные моторы – редкость, но узнать подобный турбодизель легко по специальной маркировке DiD MIVEC.

 

Существуют фазорегуляторы и на двигателях VAG 1.6 TDI и 2.0 TDI, правда они идут под Евро-6. Отличительная черта данных моторов в поперечном расположении клапанов, благодаря чему всего один фазовращатель на распределительном валу отвечает за открытие одного впускного и выпускного клапана во всех цилиндрах.

Вот только смена фаз на этих моторах была введена, по большей части, для того, чтобы следовать строгим экологическим нормам.

 

 

Как функционируют муфты данной системы?

Теперь давайте поговорим непосредственно про смену момента открытия клапанов. Для функционирования всей системы нужно обеспечить свободу распределительных валов относительно вращения и, следовательно, относительно положения коленчатого вала и поршней.

И это стало возможно благодаря гидравлическим муфтам, которые управляются золотниковыми клапанами. Сейчас все производители задействуют муфты с лопастным ротором. Внешняя часть – статор, фиксируется с ремнем ГРМ или цепью. А во внутренней части расположен ротор, который стыкуется с распределительным валом. Лопасти ротора разделяют внутреннее пространство на 3-5 полостей, наполняемых маслом, которое подается не только перед лопастями, но и позади. Благодаря чему ротор может провернуться. Получается, что распределительный вал проворачивается относительно коленчатого, опаздывая, либо опережая коленвал.

За процесс подачи моторного масла отвечает еще один золотник, приводимый соленоидом. В корпус этого клапана также подается масло, попадающее чего центральный канал. И вполне логично, что каналы подачи масла есть до и после лопастей. Во время перемещения, золотник направляет масло в канал «ранних», либо «поздних» фаз. Соленоид – это катушка индуктивности, которая отвечает за перемещение золотника по сигналу от «мозгов» (ЭБУ).

 

Муфта впускного распределительного вала задает более широкий поворот относительно коленчатого вала: порядка 25-30 градусов опережения/опаздывания, а вообще система может устанавливать положение распредвала в пределах данного диапазона.

Стандартно, либо при неисправности работы данного системы, муфта фиксируется в режиме холостого хода, в таком случае впускные клапаны будут открываться намного позже BMT.

 

Муфта же выпускного распределительного вала может задавать опережение на 20 градусов, а система не позволяет выбирать промежуточные положения. В момент старта мотора, муфта обеспечивает нормальное положение, в котором выпускной клапан закроется чуть раньше BMT. Этот режим работает всегда, кроме холостого хода.

Во время перехода на холостые, муфта выпускного распределительного вала переходит на второе положение – когда впускной клапан откроется чуть раньше, чем HMT, а закроется намного раньше, нежели BMT.

 

С какими проблемами можно столкнуться в работе муфт изменения фаз газораспределения?

В принципе, неисправностей не так много. В муфтах имеется буквально несколько пар трения между статором и ротором. Старое и грязное масло провоцирует износ этих пар, из-за чего и появляется утечка масла. И да, не стоит забывать, что масло в камеры муфт подается не непрерывно: золотник открывается до достижения желаемого угла распределительного вала и закрывается. Так что если закачанное в камеры масло – вытекло, то угол установки распределительного вала становится более поздним. ЭБУ начинает повторно подавать команду на достижение раннего угла. Все это приводит к тому, что вырастает число срабатываний, а значит, внутрь зайдет еще больше загрязненного масла, что приведет к ускоренному износу муфты.

 

У первых версий моторов, лопасти роторов были его неотъемлемой частью. Затем были введены конструкции, где лопасти были сделаны в виде лопатки-шиберы, по аналогии с насосом ГУР, и вставлялись в пазы ротора. Получалась не самая надежная конструкция: шиберы быстро наклонялись в посадочных пазах, а это приводило к утечкам масла.

В лопастных муфтах есть стопор – миниатюрный штифт, фиксирующий ротор и статор, когда давление масла падает до нуля. Порой стопор просто изнашивается, так что во время запуска – сильно гремит, но противный звук пропадает после того, как он наполнится маслом.

Можно столкнутся с выходом из строя определенных частей системы, к примеру, нередко отказывает датчик положения распределительного вала, либо управляющего клапана, из-за чего система переходит в режим позднего открытия. Это приводит к понижению мощности мотора.

 

 

Винтовые муфты старого образца

У первых вариаций моторов можно увидеть винтовые муфты. Ротор скользит относительно статора в продольном направлении на шлицах, словно гайка по резьбе винта. Благодаря этому и происходит поворот распределительного вала относительно коленчатого. Подобная конструкция используется на двигателях компаний: БМВ, Вольво, Мерседес, Лексус.

У муфты компании Вольво нередки проблемы с герметичностью, что приводит к утечкам масла. А от выработки можно появится люфт между статором и ротором, что также приведет к утечкам.

А вот муфты Мерседес можно только похвалить, правда, ее придется менять в случае, когда изношенная цепь ГРМ обточила ее зубья.

 

Система смены фаз на двигателях Фольксваген

В конце 90-х и начале 2000-х, на моторах концерна VAG с 5-ю клапанами на цилиндр механизм смены фаз газораспределения представлял собой гидронатяжитель межраспредвальной цепи. Данный натяжитель сменял длину верхней, либо нижней ветви цепи, благодаря чему менялся поворот впускного распределительного вала относительно коленчатого.

 

Перейдя по ссылке можно проверить наличие на авторазборке конкретных автомобилей, с них также можно приобрести нужные запчасти.

Вернуться к списку новостей

04.12.2021267

Системы изменения фаз газораспределения и выбросы транспортных средств

К началу 1990-х годов почти все импортные производители автомобилей имели в производстве успешную систему изменения фаз газораспределения (VVT). Эти системы предлагали более высокие характеристики двигателей меньшего объема при более высоких оборотах.

По мере того как истек срок гарантии на новые автомобили, технические специалисты изучили все тонкости этих систем и то, как регулярная замена масла может увеличить срок службы компонентов VVT. Теперь VVT играет непосредственную роль в выбросах транспортных средств и в том, как газы сгорают в камере сгорания.

Эти системы просты с точки зрения диагностики. Большинство регулируемых компонентов фаз газораспределения не подлежат обслуживанию и имеют встроенные датчики. Но они являются частью более широкой диагностической картины, которая включает в себя все, от корпуса дроссельной заслонки до кислородного датчика.

В обычном двигателе открытое или закрытое положение выпускного и впускного клапанов зависит от их фиксированного положения относительно цепи или ремня, приводимого в движение коленчатым валом. Схема и синхронизация не могут быть изменены, поэтому нет возможности увеличить или уменьшить степень притирания клапана, когда оба клапана открыты одновременно.

По мере развития двигателей одни из них имеют отличные характеристики на низких оборотах, а другие — на высоких. (Если вы когда-нибудь слышали, как старая уличная тяга или драгстер хлопает и урчит на холостом ходу, вы слышали рычание кулачка. Поскольку эти двигатели спроектированы так, чтобы иметь максимальную производительность на верхнем конце, кулачок «срезан». для лучшей производительности на высоких оборотах, поэтому приходится жертвовать на холостом ходу). Теперь двигатель может работать как на низких, так и на высоких оборотах без каких-либо неустойчивых условий холостого хода или потерь на высоких оборотах. Это также позволяет увеличить количество миль на галлон во всем диапазоне мощности двигателя за счет управления фазами газораспределения и повышения топливной экономичности двигателя.

Большое преимущество системы VVT заключается в том, что она может воспринимать усилие, необходимое для выталкивания сгоревшей смеси из выпускного клапана. Для выталкивания выхлопных газов из цилиндра требуется часть силы, которая создается во время такта сгорания. Открытие выпускного клапана, когда в цилиндре еще осталось некоторое давление, позволяет небольшой части выхлопных газов выйти до того, как поршень начнет движение вверх. Это снижает нагрузку на коленчатый вал и поршень и обеспечивает более плавную и равномерную работу двигателя на каждом уровне оборотов.

Частично открытый впускной клапан в нужной точке также позволяет свежему воздуху поступать в цилиндр, в то время как выпускной клапан выполняет свою работу по удалению уже сгоревших газов. Это небольшое открытие впускного клапана создает низкое давление и помогает поршню выталкивать оставшиеся газы и готовиться к следующему повороту коленчатого вала. Все это результат конфигурации и формы выпускных отверстий и коллекторов, которые работают вместе и делают весь процесс бесшовным.

Рециркуляция отработавших газов и регулировка фаз газораспределения

Одним из элементов, который выбрасывается из дымовой помпы, является клапан рециркуляции отработавших газов (EGR). Устранение клапана EGR является результатом способности VVT контролировать газы, входящие и выходящие из камеры сгорания.

Системы рециркуляции отработавших газов предназначены для снижения содержания оксидов азота (NOx), вызывающих смог, путем рециркуляции части выхлопных газов из каждого цилиндра двигателя обратно во впускной коллектор. Этот процесс снижает температуру сгорания до уровня ниже 2500 ° F, выше которого образуются газы NOx, наносящие вред как окружающей среде, так и производительности автомобиля.

Системы рециркуляции отработавших газов работают, но они не способны реагировать достаточно быстро или достаточно точно для современных двигателей и стандартов выбросов. Современные системы изменения фаз газораспределения выполняют ту же работу, что и клапан EGV, только лучше.

Система VVT способна управлять синхронизацией выпускного клапана, чтобы в камере сгорания оставалось необходимое количество инертных выхлопных газов для следующего цикла сгорания. Это контролирует температуру сгорания и образование NOx.

Если вы столкнулись с автомобилем с более высоким, чем обычно, уровнем NOx, или сгоревшим или поврежденным предварительным катализатором, убедитесь, что соленоид VVT и датчик положения выпускного распределительного вала работают правильно.

Система Honda i-VTEC

Термин Honda для системы с регулируемым клапаном — i-VTEC. В системе i-VTEC используется соленоид давления масла, активируемый электрически PCM, чтобы позволить маслу проходить в коромысло между двумя обычными коромыслами. Это, в свою очередь, «запирает» обычно используемые два впускных клапана вместе с набором штифтов, которые выталкиваются наружу в два впускных коромысла и передают их движение на более высокий эксцентриковый лепесток (управляемый средним коромыслом). Этот более высокий лепесток дает двигателю необходимый прирост мощности при частоте вращения выше 4500 об/мин.

Когда уровень оборотов падает ниже 4500, соленоид давления масла отключается, блокируя давление масла и возвращая двигатель к нормально работающим двум впускным клапанам.

Accord 2008 выводит это на совершенно новый уровень управления клапанами, позволяя двигателю переходить от шести цилиндров к четырем и даже к трем цилиндрам. Он использует соленоид для «разблокировки/блокировки» толкателей кулачка на одном ряду и позволяет толкателям свободно плавать, в то время как пружина клапана удерживает клапан в закрытом положении.

Автомобили, оснащенные системами Honda VCM (Variable Cylinder Management), также включают систему активного шумоподавления (ANC) и Honda Active Control Engine Mount (ACM). Системы ANC и ACM работают вместе, чтобы подавить шум и вибрацию, которые могут возникнуть в процессе деактивации цилиндра.

Система ANC использует динамики для подавления шума за счет включения звука с противоположной фазой. Весь этот процесс контролируется компьютерной системой и становится незаметным для водителя. В этих системах используется механический/электрический соленоид, который работает с давлением масла, чтобы обеспечить диапазон изменения фаз газораспределения.

Система VTECE немного отличается по своей конфигурации от VTEC. Повысились эмиссионные качества, но при этом он выполняет те же функции, что и система VTEC.

Система Valvematic от Toyota

Toyota выпустила систему Valvematic в 2008 году. В этой системе используется промежуточный вал для обеспечения непрерывного регулируемого подъема клапана. Промежуточный вал состоит из толкателей по обе стороны роликового подшипника. Эти толкатели вращаются относительно роликового элемента и «пальцевых толкателей» (маленьких толкателей) с помощью внутренней шестерни и электродвигателя, прикрепленных к валу. При движении вала роликовый элемент и толкатели будут двигаться в противоположных направлениях (либо ближе, либо дальше друг от друга). С увеличением угла увеличивается подъем клапана. Эта система может изменять фазы газораспределения на любой необходимый угол.

В 2007 году на Lexus LS460 была представлена ​​система VVT-ie. Эта система бывает электрической и гидравлической. Выпускной клапан по-прежнему управляется соленоидом давления масла, а впускной управляется электродвигателем на передней части кулачка. Это позволяет регулировать фазы газораспределения независимо от температуры двигателя или давления масла.

Распространенные проблемы с регулируемыми фазами газораспределения

Два наиболее распространенных кода, с которыми я сталкивался, — это P0011 и P0021 (датчик положения распределительного вала «Ряд 1» и датчик положения распределительного вала «Ряд 2» соответственно). Эти коды (как и любой код) не полностью означают, что датчик неисправен, однако диагностические таблицы подскажут вам проверить систему VVT на наличие неисправности, а также проверить датчик. Вот некоторые из общих областей, на которые следует обратить внимание: фазы газораспределения, масляный регулирующий клапан, сетка фильтра масляного регулирующего клапана, синхронизация распределительного вала / шестерни и, конечно же, электрическая сторона операции, а также PCM.

Первое, что я делаю перед тем, как завернуть гайки и болты, это проверить масло. Масло является неотъемлемой частью большинства систем VVT. Грязное масло и отсутствие регулярной замены масла могут привести к скоплению шлама или мусора в каналах, ведущих к клапану регулировки давления, который управляет регулировкой фаз газораспределения. Если масло грязное и слишком много шлама скапливается в отверстиях клапана, шлам может пройти через кулачок и узел клапана.

Тогда масляные каналы в кулачке могут быть повреждены, что может привести к отказу кулачка из-за задиров на шейках. Имейте в виду, что система VVT не работает при нормальных оборотах двигателя. Например, система Honda VTEC не работает ниже 4500 об/мин. Итак, если у вас есть кто-то, кто никогда не выезжает на машине на трассу и никогда не меняет масло, у вас может возникнуть потенциальная проблема, ожидающая своего возникновения, если и когда автомобиль наберет обороты выше 4500 об / мин в следующий раз, когда он въедет на трассу. — съезд местной межгосударственной трассы.

Код P0521 (датчик давления масла/диапазон переключателя/функционирование) может указывать на качество моторного масла. Возможно, это не лучший диагностический ответ, но когда я видел этот код на нескольких автомобилях, масло было черным и заброшенным. В некоторых случаях код может также указывать на то, что использовался неправильный тип масла. Я бы не стал использовать это как окончательное решение проблемы с изменяемыми фазами газораспределения, а скорее как указание на будущее.

Отсутствие регулярного технического обслуживания, по-видимому, является важным фактором в большинстве этих систем. В отличие от автомобилей прошлых лет, где можно было пренебречь некоторыми проблемами технического обслуживания, эти новые двигатели и новые системы требуют предельного ухода. Обращая внимание клиентов на этот момент и выполняя необходимое базовое техническое обслуживание в соответствии с графиком производителя, вы защитите их автомобиль и увеличите свою прибыль.

Перспективы изменения фаз газораспределения в будущем

По моему мнению, в ближайшем будущем VVT станет таким же распространенным явлением, как свеча зажигания. Сокращение выбросов и необходимость в клапане рециркуляции отработавших газов, улучшение экономии топлива и повышение производительности двигателей меньшего размера говорит мне о том, что системы VVT никуда не денутся.

Следующее поколение систем VVT сейчас находится на чертежных досках, и вскоре они появятся на рынке. С появлением последних требований к экономии топлива двигатели с регулируемой фазой газораспределения станут нормой, поэтому пришло время опередить кривую.

Подробный обзор: система изменения фаз газораспределения

Обзор системы изменения фаз газораспределения

Стремясь повысить эффективность использования топлива и производительность современных автомобилей, почти каждый производитель оснащает новые автомобили технологией изменения фаз газораспределения (VVT), а также известная как переменная синхронизация кулачка (VCT).

Основными компонентами систем VVT являются соленоиды управления и звездочки. Эти детали в сочетании с другими компонентами, включая цепи ГРМ, звездочки ведущей шестерни, регулировочное колесо коленчатого вала, уплотнение коленчатого вала и прокладки, составляют систему VVT. Большинство систем VVT активируются маслом, а некоторые более новые системы работают за счет крутящего момента двигателя.

Как работает VVT?

Электромагнитный клапан управления получает сигнал от PCM и измеряет расход моторного масла через ряд каналов. Это перемещает звездочку в положение опережения или замедления. В двигателях с фиксированным распределительным валом инженерам приходится балансировать между качеством и производительностью на холостом ходу, с одной стороны, и выбросами и экономией топлива, с другой. В результате ни одна из этих целей не достигается полностью. Изменяемая фаза газораспределения позволяет двигателю добиться плавного холостого хода при достижении остальных целей. Современные системы VVT в сочетании с такими технологиями, как электронное управление дроссельной заслонкой и непосредственный впрыск топлива, позволяют двигателям меньшего размера развивать более высокую мощность и крутящий момент при более низких оборотах.

Для повышения производительности выпускной кулачок немного запаздывает, чтобы улучшить дыхание двигателя. Более высокие обороты двигателя означают более короткое время открытия клапана и повышенную скорость воздуха. Увеличенная скорость выталкивает больше выхлопных газов из цилиндра. Замедленная синхронизация выпускных клапанов увеличивает объемную эффективность. Выпускной клапан все еще открыт, когда открывается впускной. Исходящий импульс выхлопа создает зону низкого давления за клапаном, что увеличивает перепад давления между впускным отверстием и камерой сгорания. В результате улучшается наполнение цилиндров. Помните, что это невозможно сделать на холостом ходу из-за низкой скорости воздуха.

Для обеспечения функции рециркуляции отработавших газов выпускной кулачок полностью задерживается, что значительно задерживает открытие выпускного клапана и увеличивает перекрытие клапанов. В результате выхлопные газы остаются в цилиндре. Открытие выпускного клапана позже сохраняет большее давление выхлопных газов в цилиндре, вызывая отталкивание всасываемого заряда и задержку выхлопных газов.

В некоторых системах впускной распределительный вал выдвигается вперед при открытии дроссельной заслонки. Такое размещение открывает впускной клапан раньше и пропускает некоторое количество выхлопных газов во время такта впуска, что имеет эффект рециркуляции отработавших газов. Он также раньше закрывает впускной клапан, что увеличивает такт сжатия. На холодном двигателе более раннее открытие впускного клапана также приведет к нагреву всасываемого топлива и поможет снизить выбросы при запуске.

Некоторые новые системы используют лучшее из обоих миров; они управляют несколькими камерами независимо друг от друга. В двойных независимых системах выпускной распределительный вал запаздывает, а впускной клапан опережает друг друга. Это максимизирует эффект рециркуляции отработавших газов и дополнительно снижает насосные потери для достижения максимальной эффективности.

Причины и последствия отказа системы VVT

Несмотря на то, что VVT является полезной системой, она не застрахована от сбоев. Большинство отказов со временем возникают из-за низкого уровня моторного масла, плохой циркуляции масла или нерегулярной замены масла и фильтров. Поскольку давление масла используется для опережения или замедления многих из этих систем, крайне важно, чтобы использовалась правильная спецификация масла и чтобы масло регулярно менялось. Симптомы проблем с системой VVT включают неровный холостой ход, шум двигателя, нестабильный холостой ход, остановку двигателя, недостаток мощности и снижение эффективности использования топлива. Автомобилисты часто будут предупреждены о проблеме с помощью индикатора Check Engine.

Во многих случаях, когда заменяется компонент VVT, рекомендуется одновременно заменять сопутствующие компоненты, так как время «в эксплуатации» одинаково. Точно так же, если комплект ГРМ заменяется на двигателе с VVT, компоненты VVT должны быть заменены. При каждом обслуживании системы VVT настоятельно рекомендуется замена масла и фильтра.

Выбор лучших деталей для работы
Электромагнитные клапаны и звездочки Standard® VVT предназначены для конкретных двигателей и предназначены для обеспечения правильной работы сложных систем VVT. Каждый соленоид Standard® VVT

имеет компоненты из анодированной стали, которые ограничивают накопление шлама и защищают от прилипания.