Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Влияние фаз грм на работу двигателя

Фазами газораспределения принято называть моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала относительно ВМТ и НМТ.
В графическом выражении период открытия и закрытия принято показывать диаграммой.

Если мы говорим о фазах, то изменению могут поддаваться:

    • момент начала открытия впускных и выпускных клапанов;
    • продолжительность нахождения в открытом состоянии;
    • высота подъема (величина, на которую опускается клапан).

Пока ещё большинство двигателей имеют фиксированные фазы газораспределения (но тенденция стремительно меняется). Это значит, что описанные выше параметры определяются лишь формой кулачка распределительного вала. Недостаток такого конструктивного решения в том, что рассчитанная конструкторами форма кулачков для работы двигателя будет оптимальной только в узком диапазоне оборотов. Гражданские двигатели проектируются таким образом, чтобы фазы газораспределения соответствовали обычным условиям эксплуатации автомобиля. Ведь если сделать двигатель, который очень хорошо будет ехать «с низов», то на оборотах выше средних крутящий момент, как и пиковая мощность, будет слишком низким. Именно эту проблему решает система изменения фаз газораспределения.

Фазы газораспределения: что это такое и как они работают,фото

Работа двигателя зависит от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Объясним, что такое фазы газораспределения и их влияние на работу двигателя.

ЧТО ТАКОЕ ФАЗЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ?

Фаза газораспределения — это период от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала и отмечаются по отношению к начальным или конечным моментам соответствующих тактов.

Задача механизма газораспределения — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От того, насколько грамотно подобраны фазы газораспределения, зависит экономичность мотора, мощность и развиваемый момент.

Влияние фаз газораспределения на работу двигателя

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

Для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить столь непростую задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими. При этом для лучшей продувки цилиндров фазу перекрытия обычно делают тем шире, чем выше обороты.

Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным.

Почему выполняется запаздывание и опережение срабатывания клапанов?

Чтобы улучшить наполнение цилиндров, а также обеспечить более интенсивную очистку от отработавших газов, срабатывание клапанов происходит не в момент достижения поршня мертвых точек, а с небольшим опережением или запаздыванием. Так, открытие впускного клапана выполняется до момента прохождения поршнем ВМТ (от 5° до 30°). Это позволяет обеспечить более интенсивное нагнетание свежего заряда в камеру сгорания. В свою очередь, закрытие впускного клапана происходит с запаздыванием (после того как поршень достиг нижней мертвой точки), что позволяет продолжить наполнение цилиндра горючим за счет сил инерции, так называемый инерционный наддув.

Выпускной клапан также открывается с опережением (от 40° до 80°) до момента достижения поршнем НМТ, что позволяет обеспечить выход большей части отработавших газов под действием собственного давления. Закрытие выпускного клапана, напротив, происходит с запаздыванием (после прохождения поршнем верхней мертвой точки), что позволяет силам инерции продолжить удаление отработавших газов из полости цилиндра и делает более эффективной его очистку.

Углы опережения и запаздывания не являются общими для всех двигателей. Более мощные и быстроходные имеют большие значения этих интервалов. Таким образом, их фазы газораспределения будут шире. Этап работы двигателя, при котором оба клапана открыты одновременно, получил название перекрытие клапанов. Как правило, величина перекрытия составляет около 10°. При этом, поскольку длительность перекрытия очень мала, а раскрытие клапанов незначительно, утечки не происходит.

Это довольно благоприятный этап для наполнения и очистки цилиндров, что особенно важно при высоких оборотах. В начале открытия впускного клапана текущий уровень давления в камере сгорания выше, чем атмосферное. В результате отработавшие газы очень быстро перемещаются к выпускному клапану. Когда двигатель перейдет на такт впуска, в камере установится высокое разрежение, выпускной клапан полностью закроется, а впускной раскроется на достаточную для интенсивного наполнения цилиндра величину сечения.

Читать еще:  Асинхронные двигатели как генераторы для ветрогенератора

Изменяемые фазы газораспределения

А если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя?

Один из способов это применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами.

Например, в тойотовской системе VVTL-i после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в 6000—6500 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

А что если попробовать изменять высоту подъёма?Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. Экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах 5—15 %.

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

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

Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива.

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

Особенности регулируемых фаз газораспределения

При высоких скоростях двигателю автомобиля необходимо больше объема воздуха. И поскольку в нерегулируемых ГРМ клапаны могут закрыться до того, как в камеру сгорания поступает его достаточное количество, работа мотора оказывается неэффективной. Для решения этой проблемы были разработаны различные способы регулировки фаз газораспределения.

Читать еще:  Возможные неисправности двигателя стиральной машины

Клапан регулировки фаз газораспределения

Первые моторы, имеющие подобную функцию, позволяли выполнять ступенчатую регулировку, которая позволяла менять длину фазы в зависимости от достижения двигателем определенных величин. Со временем появились бесступенчатые конструкции, позволяющие выполнить более плавную и оптимальную настройку.

Простейшим решением является система сдвига фаз (CVVT), реализуемая путем поворота распределительного вала относительно коленвала на определенный угол. Это позволяет изменить момент открытия и закрытия клапанов, но фактическая продолжительность фазы остается неизменной.

Чтобы изменить непосредственно длительность фазы, в ряде автомобилей используются несколько кулачковых механизмов, а также колеблющиеся кулачки. Для точной работы регуляторов применяются комплексы из датчиков, контроллера и исполнительных механизмов. Управление такими устройствами может быть электрическим или гидравлическим.

Одной из основных причин внедрения систем с регулировкой ГРМ является ужесточение экологических стандартов по уровню токсичности отработавших газов. Это означает, что для большинства производителей вопрос оптимизации фаз газораспределения остается одним из важнейших.

Регулятор фаз газораспределения

Существует большое количество моделей фазорегуляторов, которые работают по различным алгоритмам. Однако, общий принцип неизменен. Когда двигатель работает на низких оборотах, фазорегулятор сокращает впускную и выпускную фазы. Это позволяет сократить расход топлива.

Когда двигатель начинает работать на высоких оборотах или под нагрузкой, регулятор увеличивает продолжительность фаз, а нередко и точку их начала. Это позволяет не только увеличить мощность и крутящий момент, но и снижает расход топлива. Наиболее популярны модели фазорегуляторов, которые работают на основе центробежного принципа. Чем выше обороты двигателя, тем сильней они натягивают цепь или ремень привода ГРМ, тем самым сдвигая и фазы газораспределения. Благодаря тому, что эти устройства регулируют натяжение ремня или цепи со стороны обоих распределительных валов, они эффективно сдвигают обе фазы. Такие фазорегуляторы не требуют настройки, однако после пробега в 40-70 тысяч километров необходимо менять уплотнительные кольца гидроцилиндров.

Более сложные регуляторы представляют собой систему из датчиков, контроллера двигателя и исполнительных устройств. Однако, принцип их работы точно такой же, как у центробежных. Исполнительное устройство увеличивает или ослабляет натяжение цепи со стороны впускного и выпускного валов. Благодаря этому каждая фаза регулируется отдельно. Такие системы требуют настройки и регулярной проверки. Благодаря тому, что исполнительные механизмы работают от электричества, нет необходимости в регулярной замене уплотнительных колец. Существуют также системы, в которых электронное управление совмещено с гидравлическим приводом. В таких системах регулировка происходит не за счет натяжения цепи, а с помощью увеличения давления внутри шестерни распределительного вала.

Чем выше давление, тем дальше гидропривод проворачивает распределительный вал относительно положения шестеренки.

Цепь как привод ГРМ

В качестве альтернативы ремню существует иной вариант привода в движение элементов мотора. Он является гораздо более долговечным и по многим факторам обходит ременную передачу, это цепь ГРМ. Цепь ходит дольше, в то время как в среднем ремень нужно менять каждые 60- 120 тыс. км. (каждый автопроизводитель устанавливает различные сроки службы своих ремней).

Но многие автослесари советуют производить замену ремня заранее (в зависимости от его состояния), чтобы полностью исключить разрыв последнего. Поверьте, это будет последней вещью, которую вы бы желали, чтоб она произошла. Пренебрегать этим не стоит, иначе вас ждет долгий и дорогой ремонт мотора. Поскольку ремень- эластичная субстанция, со временем он может растянуться или наоборот огрубеть, на нем могут появиться трещины, а зубцы постепенно начать вылетать, что только приблизит автовладельца к катастрофическим для двигателя последствиям.

Допустим, ваш ремень ГРМ потерял натяжку и начал прыгать на зубьях звезд или звезды из него начали выгрызать зубцы. Рано или поздно такой ремень собьет настройки газораспределительной системы, клапан (ы) в одном из цилиндров останутся открытыми в ненужный момент и при ходе поршня в ВМТ произойдет встреча элементов мотора которая станет фатальной как для поршня, так и для клапанов (смятые или сломанные клапаны, прибитые поршни, задиры на стенках цилиндров и другие малоприятные последствия).

Чтобы этого никогда не произошло даем совет.

Совет от 1GAI.RU: Визуально проверяйте состояние ремня на каждом ТО. И не важно сколько он проехал, 15 или 100 тыс. км. Меняйте ремень заранее, лучше не доездить на старом ремне тысяч 20 км, чем дождаться его обрыва. Также помните, что у ремней ГРМ есть не только ограничение по пробегу, но и по времени эксплуатации, обычно от 4 до 10 лет, посмотрите данные в мануале к вашей машине (связано это с тем, что резина со временем теряет свои свойства).

Также стоит всегда менять ремни ГРМ на подержанном автомобиле, купленном с рук. Если только нет железных доказательств тому, что ремень был недавно заменен. Но лучше перестраховаться!

Последствия оборванного ремня ГРМ…

И так, второй вариант, цепь ГРМ. Обычно в течение всей жизни двигателя автомобиля ее не нужно менять, цепь можно считать неотъемлемой частью блока цилиндров, нуждающийся разве что в смазке это уже огромный плюс по сравнению с ременным типом передачи. Хотя ремень дешевле в производстве, а значит и в стоимости, его замена может быть дорогой в зависимости от их установки. В качестве примера можно привести двигатель экзотического автомобиля Alfa Romeo Twinspark. Компоновка подкапотного пространства машины для лучшей развесовки такова, что двигатель расположен вплотную к задней стенке моторного отсека, а сам ремень установлен в задней части двигателя, а не сбоку или спереди, как на большинстве моделей. Этот конструкторский изыск выливается в большой счет при замене ремня, в среднем во многих странах мира за работу нужно заплатить 30 тыс. рублей.

Читать еще:  Холодный запуск двигателя фрилендер 2

Впрочем, и цепной привод не без изъянов. Со временем звенья цепи также растягиваются или происходит поломка натяжителя, появляется свободный ход цепи, и звон при работе мотора, это чревато такими же проблемами, как и с порванным ремнем ГРМ, клапаны и поршни перестают работать в унисон и привет дорогой ремонт! Об этом также стоит помнить!

Alfa Romeo GTV также имел нестандартное расположение ремня ГРМ. Но это было пол беды. К сожалению, ремни на этом автомобиле не выхаживали большого ресурса, менять их приходилось часто, поэтому стоимость обслуживания автомобиля была нешуточная.

Устройство газораспределительного механизма

Газораспределительный механизм состоит из:

  1. распределительного вала ;
  2. толкателей ;
  3. клапанов ;
  4. коромысла ;
  5. штанги ;
  6. привода.

1. Распределительный вал. Вращение распределительного вала приводит к своевременному открытию и закрытию клапанов газораспределительного механизма в зависимости от последовательности работы цилиндров двигателя, учитывая фазы газораспределения газов в механизме. Изготавливают распределительный вал из высокопрочной закаленной стали или чугуна. На валу ГРМ имеются опорные шейки и кулачки. Форма кулачков влияет на рабочие процессы распределения горючей смеси и газов, частоту и время открытия, закрытия клапанов. В торце распределительного вала ГРМ крепится звездочка (на которую устанавливается цепь) или шкив привода вала (на которую одевается ремень). Вал устанавливается в корпусе на подшипниках. В целях предотвращения осевых смещений распределительный вал имеет упорный фланец.

2. Толкатели. Толкатели – это детали газораспределительного механизма, которые служат для передачи усилий от кулачков распределительного вала к штангам коромысел. Толкатели изготавливают из высокопрочной стали или чугуна.

Виды толкателей: роликовые, цилиндрические, грибовидные.

Движение толкателей происходит в корпусах, закрепленных на блоке цилиндров или по направляющим.

3. Клапаны. Клапаны служат для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя и вывода отработанных газов. Различают впускные и выпускные клапаны. Впускные служат для впуска горючей смеси, а выпускные клапаны служат для выпуска отработавших газов.

Конструкция клапана. Клапан состоит из стержня и головки. НА клапанной головке имеется кромка под 45 градусов для лучшего прилегания клапана. Впускной клапан отличается от выпускного диаметром. Выпускной клапан значительно больше по диаметру, чем впускной, так как объем отработавших газов превышает объем подающейся горючей смеси. Клапаны ГРМ установлены в головке блока цилиндров. Место их соединения называется седлом и имеет конусную форму. Для герметизации цилиндра предназначен клапанный механизм. Для улучшения герметизации цилиндра проводят процесс под названием притирка клапанов.

Впускные клапаны изготавливают из стали с хромистым покрытием, а выпускные клапаны из жаропрочной стали. Седла клапанов изготавливают из жаропрочного чугуна.

Движение стержней клапанов осуществляется по направляющим втулкам, которые изготавливаются из чугуна или стали. Направляющие соединены с головкой блока цилиндров . Клапаны оснащены внутренней и наружной пружинами. Пружины же крепятся с помощью тарелок, сухарей и шайб.

Открытие клапанов осуществляется через усилие, которое передается от распределительного вала на клапан.

Газораспределительный механизм современных двигателей устроен таким образом, что на каждый цилиндр двигателя имеется по два клапана впуска и два клапана выпуска. Для снятия клапанов используют рассухариватели клапанов.

4. Штанги

Штанги служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам. Штанги толкателей могут иметь форму полых цилиндрических стержней со стальными наконечниками.

Штанги изготавливают из износостойкого алюминиевого сплава, крепятся с одной стороны к коромыслу, а с другой – к толкателю.

5. Коромысло

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапанам. Коромысло выполнено в виде рычага с двумя плечами, который крепится на оси. При этом одно плечо длиннее, чем другое (возле штанги).

Коромысла изготавливают из прочной стали. Устанавливают коромысло на оси, которая крепится к головке цилиндров, на специальных втулках. Втулки предназначены для уменьшения трения между осью и коромыслом.

6. Привод распределительного вала

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала при помощи привода, который может быть, как мы говорили цепной, шестеренчатый, ременной.

Скорость вращения распределительного вала в 2 раза меньше, чем скорость вращения коленчатого вала, что обеспечивается передаточным числом звездочки, либо размером шкива.

Таким образом, за два вращения коленчатого вала, распределительный вал совершит только одно вращение, что необходимо для осуществления одного рабочего цикла.

Часто встречается в обиходе автомобилистов такой термин, как тепловой зазор.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector