Фазы газораспределения: что это такое, диаграммы четырехтактного двигателя, система измерения и регулятор фаз

ФАЗЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО И ДВУХТАКТНОГО ДИЗЕЛЕЙ

Одним из важнейших условий хорошей работы дизеля является качество очистки цилиндров от отработавших газов и наполнение цилиндров воздухом. Время, отводимое на это, исчисляется долями секунды. Поэтому стремятся увеличить продолжительность процессов очистки и наполнения цилиндров, т. е. время, в течение которого органы газораспределения (клапаны или окна цилиндров) остаются открытыми. Однако при чрезмерном увеличении продолжительности открытия окон или клапанов возрастают потери воздушного заряда цилиндра или потери газов от предыдущего рабочего цикла и т. п. Все это ухудшает рабочий процесс, снижает экономичность, приводит к падению мощности. Вот почему так необходимо и важно выбрать наивыгоднейшее (оптимальное) соотношение в открытии и закрытии впускных и выпускных органов газораспределения.
Моменты открытия и закрытия клапанов и окон называются фазами газораспределения дизелей. Фазы газораспределения обычно выражаются в углах поворота коленчатого вала и представляются графически в виде диаграммы фаз (круговой диаграммы). Рассмотрим сначала фазы газораспределения четырехтактного дизеля.
Как увеличить продолжительность выпуска газов из цилиндра?
Для освобождения цилиндра четырехтактного дизеля от отработавших газов надо открыть выпускной клапан.А чтобы облегчить выпуск газов, нужно увеличить время открытия и проходное сечение клапанов, ибо в узкой щели, открываемой клапаном, происходит дросселирование газов. Конструкторы решили открывать клапан еще во время рабочего хода, т. е. до того, как поршень дойдет до крайнего нижнего положения.
На первый взгляд это кажется невыгодным. В самом деле, зачем преждевременно выпускать из цилиндра газы, не потерявшие давления? Однако значительной потери энергии практически не происходит, так как клапан открывается в конце хода расширения, когда поршень прошел значительную часть пути. Небольшая потеря энергии газов оправдывается теми выгодами, которые получаются благодаря лучшей очистке цилиндров и меньшему давлению на ходе выталкивания.
Выпуск газов с опережением облегчает движение поршня вверх. Происходит это потому, что давление в цилиндре при движении поршня к наружной мертвой точке из-за опережения выпуска успевает значительно понизиться. Поэтому отработавшие газы будут оказывать незначительное противодействие обратному ходу поршня. Вредная работа при выпуске уменьшается. Этому способствует также увеличение проходного сечения и времени открытия клапанов за счет запаздывания закрытия выпускного клапана не в момент нахождения поршня в в. м. т., а несколько позже (рис. 22).

Рис.22. Круговая диаграмма газораспределения четырехтактного дизеля Д50

Аналогично, чтобы облегчить впуск воздуха, открытие впускных клапанов происходит не в в. м. т., а до того, как поршень дойдет до крайнего верхнего положения. Благодаря опережению начала и запаздывания конца выпуска величина угла поворота кривошипа коленчатого вала при открытом выпускном клапане увеличивается и возникает возможность продувки цилиндров воздухом, проходящим через них «транзитом» (в четырехтактных двигателях).
Как видно из диаграммы фаз четырехтактного дизеля Д50, выпускной клапан (черная линия на диаграмме) начинает открываться в конце такта расширения за 50° до прихода кривошипа коленчатого вала в положение, соответствующее н. м. т. Для разных дизелей в зависимости от их конструкции устанавливают разные фазы газораспределения. Закрывается выпускной клапан после того, как кривошип пройдет на 54° положение, соответствующее в. м. т. Подсчитаем, на сколько градусов повернется коленчатый вал в процессе выпуска газов из цилиндра четырехтактного дизеля Д50:

Величина угла поворота кривошипа в процессе очистки цилиндра доходит в четырехтактных дизелях до 240—290° против теоретических 180°. Ясно, что при таком увеличении процесса выпуска, в течение которого выпускной клапан открыт, из цилиндра успеет выйти больше отработавших газов и, что не менее важно, давление в цилиндре на ходе выталкивания будет значительно ниже. Однако для экономичной работы двигателя внутреннего сгорания важно не только хорошо очистить цилиндры от газов,но и наполнить их требуемым количеством свежего воздуха.
Каким же образом решается эта задача, за счет каких резервов конструкторы увеличивают наполнение цилиндра воздухом?
Для увеличения заряда цилиндра свежим воздухом впускной клапан начинает открываться немного раньше того момента, когда поршень придет в крайнее верхнее положение. Опережение впуска делается для того, чтобы к началу обратного хода поршня проходное сечение клапана для впуска свежего воздуха было достаточно большим. Если же начать открывать клапан одновременно с началом хода впуска, то воздуху придется вначале проходить через уменьшенное сечение за меньшее время. Это вызовет большие потери на дросселирование воздуха, и он не успеет заполнить цилиндр до н. м. т. Чтобы увеличить среднее проходное сечение и время открытия впускных клапанов и уменьшить потери давления, конструкторы решили закрывать впускной клапан не в момент подхода поршня к нижнему мертвому положению, а позже, т. е. в начале обратного хода поршня. Что при этом получается? Поршень идет вверх, объем над поршнем уменьшается, но, несмотря на это, воздух продолжает поступать в цилиндр до тех пор, пока давление в нем станет равным давлению наддува.
В этот момент закрывается впускной клапан. В тепловозных дизелях продолжительность открытия впускного клапана соответствует 230—300° угла поворота кривошипа коленчатого вала. Впускной клапан (линия с точками на диаграмме рис. 22) открывается в конце такта выпуска, когда кривошип коленчатого вала еще не дошел на 80° до положения, соответствующего в. м. т., а закрывается, когда коленчатый вал пройдет на 35° положение, соответствующее н. м. т.
Подсчитаем продолжительность наполнения цилиндра:

80+ 180 + 35 = 295°.

На тепловозных дизелях 2Д50, ПД1 фазы газораспределения отличаются от приведенных на рис. 22 увеличением продолжительности открытия выпускного клапана до 300°. Это уменьшает потери воздуха при дросселировании через клапаны и улучшает очистку цилиндра.
Мы видели, что впускной клапан начинает открываться еще до того, как закончится такт выпуска, т. е. до того, как поршень придет в верхнюю мертвую точку, а выпускной клапан закрывается после прохода поршнем этой точки, т. е. в начале такта впуска. Следовательно, в течение некоторого времени оба клапана находятся в открытом положении, процессы выпуска газов и впуска воздуха накладываются один на другой (перекрываются). Поэтому фаза, в которой одновременно открыты выпускной и впускной клапаны, называется перекрытием клапанов. Особенно полезно перекрытие клапанов в двигателе с наддувом.
При наддуве за счет перекрытия клапанов осуществляется продувка воздухом, проходящим через цилиндры «транзитом». Это улучшает очистку цилиндра от газов, происходит некоторое охлаждение поверхности цилиндра, головки поршня и выпускных клапанов, работающих в напряженных температурных условиях. Перемешивание с воздухом отработавших газов приводит к понижению их температуры, облегчая условия работы лопаток турбины.
Мы рассмотрели две фазы газораспределения — впуск и выпуск. Обычно на круговую диаграмму, иллюстрирующую эти важные фазы, наносят еще два полукруга, изображающих процессы сжатия и расширения, а также момент начала подачи топлива.
Построение круговой диаграммы газораспределения двухтактных дизелей принципиально не отличается от построения круговой диаграммы четырехтактных дизелей, но учитывается, что процессы выпуска и наполнения в двухтактных дизелях протекают в течение части хода поршня за счет повышенного давления продувочного воздуха, а в четырехтактных дизелях в процессах газообмена участвует поршень, выталкивая газы или всасывая свежий воздух.
Продолжительность выпуска и наполнения (от момента открытия выпускных органов до момента закрытия впускных) в четырехтактном дизеле Д50 соответствует 445° угла поворота коленчатого вала (50+180+ + 180+35), в двухтактном же дизеле 10Д100 этот угол составляет 120° (56+56+8).

Читайте также:
Подшипники FAG: отзывы специалистов

Рис. 23 Круговая диаграмма газораспределения двухтактного дизеля 10Д100

На рис. 23 показана круговая диаграмма газораспределения дизеля 10Д100. Когда кривошип нижнего коленчатого вала не дойдет на 10° до положения, соответствующего в. м. т., начинается подача топлива, а после его сгорания через некоторый период начинается процесс расширения. После того как кривошип нижнего коленчатого вала пройдет на 124° от положения, соответствующего в. м. т., нижним поршнем начинают открываться выпускные окна. Свободный выпуск газов продолжается в течение 16° поворота нижнего коленчатого вала. После этого верхний поршень откроет продувочные окна. Начинается принудительный выпуск газов, продувка и наполнение цилиндра свежим воздухом. Выпускные окна нижним поршнем перекроются при проходе им 56° от н. м. т. Продувка закончится, но продувочные окна еще будут открыты в течение 8° поворота кривошипа, и в цилиндр будет поступать воздух (происходит дозарядка). Сжатие воздуха начнется после закрытия продувочных окон.
Итак, в двухтактных и четырехтактных дизелях с воспламенением от сжатия рабочий процесс состоит из следующих процессов: впуск свежего воздуха; сжатие свежего воздуха; впрыск и горение топлива; расширение газов; выпуск отработавших газов.

Зачем менять фазы газораспределения

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.

Качество работы двигателя — его КПД, мощность, крутящий момент и экономичность зависят от многих факторов, в том числе и от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (то есть ширину фаз), а также величину хода клапанов.

В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

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

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. Вот так задачка!

Но конструкторы такие задачи уже давно щёлкают как семечки и способны при помощи сдвига и изменения ширины фаз газораспределения менять характеристики двигателя до неузнаваемости. Поднять момент? Пожалуйста. Повысить мощность? Не вопрос. Снизить расход? Не проблема. Правда, подчас получается так, что при улучшении одних показателей приходится жертвовать другими.

А что если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Запросто. Благо способов для этого придумана масса. Один из них — применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. Наиболее часто такая система устанавливается на впуске. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Но неуёмные инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами. Например, в тойотовской системе 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 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

Читайте также:
Beru Ultra X 79, UXF79 и Titan: отзывы специалистов о свечах зажигания

Изменять момент и продолжительность открытия — это замечательно. А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм (ГРМ).

Чем вредна заслонка? Она ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних оборотах. Ведь во впускном тракте под прикрытым дросселем при работе двигателя создаётся сильное разрежение. К чему оно приводит? К большой инертности разреженной газовой среды (топливовоздушной смеси), ухудшению качества наполнения цилиндра свежим зарядом, снижению отдачи и уменьшению скорости отклика на нажатие педали газа.

Поэтому идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое для достижения нужного наполнения цилиндра горючей смесью. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. По разным данным, экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах %. Но и это не последний рубеж.

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

В чём ещё плюс электромагнитного привода? В том, что закон (ускорение в каждый момент времени) подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Зачем? В целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Да что режимы — прямо во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный. Интересно, скоро ли появятся такие системы на конвейере?

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

32 Фазы газораспределения

что такое Фазы газораспределения, Фазы газораспределения

  1. Диаграмма фаз газораспределения двухтактного двигателя
  2. Сущность и роль фаз газораспределения
  3. Что такое фазы газораспределения и как они работают
  4. Принцип работы
  5. Опережение
  6. Запаздывание
  7. Устройство и принцип действия механизма газораспределения
  8. О тепловом зазоре
  9. i-VTEC
  10. Изменение фаз газораспределения
  11. Диаграмма фаз газораспределения 4-х тактного двигателя.
  12. 2. Распределение горючей смеси
  13. 4. Тепловой зазор
  14. 5. Клапанный механизм
  15. Особенности регулируемых фаз газораспределения
  16. Регулируемый шкив
  17. На что влияют фазы ГРМ
  18. Распределительный вал и его привод
  19. Как распредвал приводится во вращение?
  20. Отключаемые клапаны

Диаграмма фаз газораспределения двухтактного двигателя

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного тем, что рабочий цикл у него проходит за один оборот коленвала, в то же время на 4-тактных ДВС он происходит за два оборота. Фазы газораспределения в ДВС определяются продолжительностью открытия клапанов – выпускных и впускных, угол перекрытия клапанов обозначается в градусах положения к/в.

В 4-тактных моторах цикл наполнения рабочей смеси происходит за 10-20 градусов до того, как поршень придет в верхнюю мертвую точку, и заканчивается через 45-65º, а в некоторых ДВС и позднее (до ста градусов), после того как поршень пройдет нижнюю точку. Общая продолжительность впуска в 4-тактных моторах может длиться 240-300 градусов, что обеспечивает хорошую наполняемость цилиндров рабочей смесью.

В 2-тактных движках продолжительность впуска топливовоздушной смеси длится на повороте коленвала приблизительно 120-150º, также меньше длится и продувка, поэтому наполнение рабочей смесью и очистка выхлопных газов у двухтактных ДВС всегда хуже, чем у 4-тактных силовых агрегатов. На рисунке ниже показана диаграмма фаз газораспределения двухтактного мотоциклетного двигателя движка К-175.

Двухтактные движки применяются на автомобилях нечасто, так как они обладают более низким КПД, худшей экономичностью и плохой очисткой выхлопных газов от вредных примесей. Особенно актуален последний фактор – в связи с ужесточением норм экологии важно, чтобы в выхлопе двигателя содержалось минимальное количество CO.

Но все же у 2-хтактных ДВС есть и свои преимущества, особенно у дизельных моделей:

  • силовые агрегаты компактнее и легче;
  • они дешевле стоят;
  • двухтактный мотор быстрее разгоняется.

Сущность и роль фаз газораспределения

На данный момент существуют двигатели, в которых фазы не могут изменяться принудительно, и двигатели, оснащенные механизмами изменения фаз газораспределения (например, CVVT). Для первого типа двигателей фазы подбираются эксперементально при конструировании и расчете силового агрегата.

Нерегулируемые и регулируемые фазы газораспределения

Визуально все они отображаются на специальных диаграммах фаз газораспределения. Верхняя и нижняя мертвые точки (ВМТ и НМТ соответственно) представляют собой крайние позиции поршня, движущегося в цилиндре, которые соответствуют наибольшему и наименьшему расстоянию между произвольной точкой поршня и осью вращения коленвала мотора. Точки начала открытия и закрытия клапанов (длина фазы) показываются в градусах и рассматриваются относительно вращения коленчатого вала.

Управление фазами осуществляется при помощи газораспределительного механизма (ГРМ), который состоит из следующих элементов:

  • кулачковый распредвал (один или два);
  • клапанный механизм;
  • цепной или ременной привод от коленвала к распредвалу.

Газораспределительный механизм

Рабочий цикл двигателя всегда состоит из тактов, каждому из которых соответствует определенное положение клапанов на впуске и выпуске. Таким образом, начало и конец фазы зависят от угла положения коленвала, который связан с распределительным валом, управляющим положением клапанов.

За один оборот распредвала коленчатый вал выполняет два оборота и его суммарный угол поворота за рабочий цикл равен 720°.

Круговая диаграмма фаз газораспределения

Читайте также:
Сцепление Valeo: отзывы, подбор и комплект

Работу фаз газораспределения для четырехтактного двигателя рассмотрим на следующем примере (см. картинку):

  1. Впуск. На этом этапе поршень движется от ВМТ к НМТ, а коленвал поворачивается на 180º. Осуществляется закрытие выпускного клапана и последующее открытие впускного. Последние происходит с опережением на 12º.
  2. Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, а коленвал совершает еще один поворот на 180º (360º от начального положения). Выпускной клапан остается в закрытом положении, а впускной остается открытым, пока коленвал не повернется на 40º.
  3. Рабочий ход. Поршень идет от ВМТ к НМТ под действием силы воспламенения топливовоздушной смеси. Впускной клапан находится в закрытом положении, а выпускной открывается с опережением, когда коленвал еще не дошел 42º до НМТ. На этом такте полный поворот коленвала составляет также 180º (540º от начального положения).
  4. Выпуск. Поршень идет от НМТ к ВМТ и при этом выталкивает отработавшие газы. В этот момент впускной клапан закрыт (откроется за 12º до ВМТ), а выпускной остается в открытом положении и после достижения коленвалом ВМТ еще на 10º. Общая величина поворота коленвала на этом такте также 180º (720º от начальной точки).

Фазы грм также зависят от профиля и позиции кулачков распредвала. Так, если они одинаковы на впуске и выпуске, то длительность открытия клапанов также будет одинакова.

Что такое фазы газораспределения и как они работают

Отрезки времени от начала момента открытия клапанов двигателя до их полного закрытия относительно мертвых точек движения поршня получили наименование фазы газораспределения. Их влияние на работу двигателя очень велико. Так, от продолжительности фаз зависит эффективность заполнения и очистки цилиндров в процессе работы мотора. Это напрямую определяет экономичность расхода топлива, мощность и крутящий момент.

Принцип работы

Принцип работы системы заключается в изменении положения распределительных валов относительно шкива коленчатого вала.

Система имеет два направления работы:

  • Опережение открытия клапанов.
  • Запаздывание открытия клапанов.

Опережение

Масляный насос при работе ДВС создает давление, которое подается на электромагнитный клапан CVVT. ЭБУ за счёт широтно-импульсной модуляции (ШИМ) управляет положением клапана VVT. Когда необходимо отрегулировать исполнительный механизм на максимальный угол опережения, клапан перемещается и открывает масляный канал к камере опережения гидромуфты CVVT. Из камеры запаздывания жидкость в это же время начинает сливаться. Это позволяет переместить ротор с распределительным валом относительно корпуса в противоположное относительно вращения коленвала направление.

Например, угол положения муфты CVVT на холостых оборотах составляет 8 градусов. И так как угол механического открытия клапана ДВС составляет 5 градусов, фактически он открывается на 13.

Запаздывание

Принцип аналогичен предыдущему, однако клапан-соленоид при максимальном запаздывании открывает масляный канал к камере запаздывания. В это время ротор CVVT перемещаются в сторону направления вращения коленвала.

Устройство и принцип действия механизма газораспределения

Газораспределительный механизм (ГРМ) состоит из:

  • одного или двух кулачковых распределительных валов, на каждый из которых установлена своя шестерня;
  • шестерни коленчатого вала;
  • цепного или ременного привода.

Число зубьев шестерни распределительного вала всегда в 2 раза больше, чем у шестерни коленчатого вала.

Благодаря этому за два оборота коленчатого вала происходит лишь один оборот распределительного вала. Это позволяет открывать и закрывать клапаны головки блока цилиндров (ГБЦ) в зависимости от такта двигателя. Фазы газораспределения зависят от расположения кулачков распределительного вала. Поэтому на одновальных двигателях возможна только одновременная регулировка фаз впуска и выпуска.

Когда кулачок распределительного вала доходит до клапана, то начинает давить на него до тех пор, пока клапан полностью не откроется. Затем кулачок проходит дальше и пружина начинает выдавливать клапан, стремясь закрыть его. Как только давление со стороны распределительного вала исчезает, пружина полностью закрывает клапан.

В бензиновых и дизельных двигателях применяется механизм газораспределения клапанного типа, сейчас уже, в основном, с верхним расположением клапанов. Это значит, что клапаны находятся сверху, в головке блока цилиндров, как показано на рисунке 4.8.

Так, при верхнем расположении клапаны с пружинами и деталями их крепления установлены в направляющих втулках в головке блока цилиндров, в которой также отлиты впускные и выпускные каналы.

Рисунок 4.8 Головка блока цилиндров с газораспределительным механизмом.

Усилие от кулачков распределительного вала, расположенного здесь же – в головке блока, к клапанам передается с помощью толкателей и/или коромысел. Коромысла установлены шарнирно на оси, закрепленной на головке блока. Клапаны на головке закрыты крышкой.

О тепловом зазоре

Между стержнем клапана, толкателем или концом коромысла газораспределительного механизма должен быть зазор (так называемый тепловой зазор), который необходим для компенсации удлинения стержня клапана при его нагревании без нарушения плотности посадки клапана в гнезде. Другими словами, если бы не было зазора, грубо говоря, между кулачком распредвала и клапаном, то от нагрева до высокой температуры, клапан увеличился бы в длину и перестал бы плотно прилегать к седлу в головке блока цилиндров.

Величина зазора для двигателей разных марок устанавливается для впускных клапанов в холодном состоянии в пределах 0,15—0,30 мм, а для выпускных клапанов, подвергающихся большему нагреву, — в пределах 0,20—0,40 мм. Однако же, у некоторых производителей зазор может быть таков, что не попадет в указанные диапазоны.

Для регулировки величины этого зазора в механизме предусмотрены регулировочные устройства. Хотя слово «устройство» слишком громкое для регулировочного болта и стопорной гайки (Рисунок 4.9) или шайб различной толщины (Рисунок 4.10).

Рисунок 4.9 Регулировка теплового зазора с помощью болта.

Рисунок 4.10 Регулировка теплового зазора с помощью шайб(А – головка блока цилиндров без распределительного вала;Б – головка блока цилиндров с распределительным валом).

Сейчас очень распространена конструкция с гидравлическими компенсаторами, которые под давлением масла подводят коромысло или толкатель к кулачку распределительного вала, убирая тем самым негативное последствие теплового зазора, а именно — удар кулачка о толкатель во время работы. Но стоит упомянуть, что установка гидрокомпенсаторов удорожает конструкцию головки блока цилиндров и повышает свои требования к качеству используемого моторного масла и к частоте его замены, поскольку масляные каналы компенсатора могут забиваться продуктами износа.

Читайте также:
Коробка вариатор и автомат: в чем разница, что лучше и чем различаются вариатор и автоматическая коробка передач

ПримечаниеБолее подробно о гидрокомпенсаторах приведено ниже.

ПримечаниеПочему предварительно? Потому что для целостности восприятия данного раздела о распределительном вале необходимо сказать несколько слов, а более подробное описание данной детали будет дано ниже.

Правильность чередования различных тактов в цилиндрах двигателя достигается соответствующим расположением кулачков на распределительном валу, а также правильностью установки зацепления распределительных шестерен/шкивов с приводной шестерней/шкивом коленчатого вала.

В четырехтактном двигателе рабочий цикл во всех цилиндрах завершается за два оборота коленчатого вала. За это время в каждом цилиндре должны по одному разу открыться и закрыться впускной и выпускной клапаны, что происходит за каждый оборот распределительного вала. Таким образом, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого вала.

i-VTEC

Очередной разработкой компании Honda газораспределительного механизма с изменяемыми фазами VTEC является система, получившая обозначение i-VTEC (где буква «i» означает «Intellegence» — «интеллектуальный»).

«Интеллектуальность» же данной системы заключалась в следующем — управление изменением фаз осуществляется компьютером, при помощи функции поворота распредвала, регулируя угол опережения. Система i-VTEC позволила двигателям Honda получить больший крутящий момент на низких оборотах, что было постоянной проблемой для двигателей компании, — при высокой мощности они отличались малым крутящим моментом, получаемым на высоких оборотах.

Версия i-VTEC если не устранила, но существенно подкорректировала этот недостаток. Система i-VTEC начала устанавливаться на мощные моторы серии К и некоторых серии R, например, в автомобилях серии Type R, или Acura RSX. Другая версия, напротив, получила «экономичное» направление, и стала устанавливаться в гражданской серии двигателей (например на автомобилях CR-V, Accord, Element, Odyssey, и других).

Изменение фаз газораспределения

С развитием технологий перед конструкторами и инженерами открылись серьезные перспективы в повышении эффективности работы двигателя – увеличение мощности с одновременным снижением расхода топлива стало новым трендом в автомобильной промышленности. Для того, чтобы оптимизировать работу двигателя внутреннего сгорания, необходимо подстраивать фазы газораспределения под все режимы нагрузки – от холостого хода до полной нагрузки.

Примечание
Обороты холостого хода — это минимальные обороты, при которых двигатель может работать устойчиво без нагрузки. Вы запустили двигатель, при этом никакого движения и воздействия на педаль газа не происходит.

А как изменять фазы газораспределения? — Проворачивать распределительный вал относительно коленчатого вала, изменяя тем самым моменты открытия клапанов. Прибавим к этому управление опережением зажигания* и это даст возможность управлять началом и концом тактов двигателя и позволило настолько оптимизировать работу ДВС, что показатели мощности и расхода топлива улучшились многократно.

Примечание
* Опережение зажигания. Для того чтобы топливовоздушная смесь успела сгореть, пока поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, ее необходимо поджигать немного раньше. Основным показателем является угол опережения зажигания, который говорит нам о том, за сколько градусов до ВМТ на такте сжатия возникнет пробой между электродами свечи. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель угол опережения зажигания должен изменяться, что реализуется с помощью распределителя зажигания или электронного блока управления двигателя (подробнее об этом рассмотрено в главе 10 «Электрооборудование и электросистемы», раздел 10.4 «Система зажигания»).

Суть системы проста. На распределительный вал (или валы) устанавливается специальный механизм, на внешней части которого есть звездочка для приводной цепи от коленчатого вала. Механизм этот устанавливается так, что может проворачивать распределительный вал в сторону опережения или запаздывания, в зависимости от режима работы двигателя.

Если говорить более подробно, то работа механизма изменения фаз газораспределения (фазовращателя) происходит, как описано ниже.

Коленчатый вал через приводную цепь вращает фазовращатель, который установлен на распределительном валу. В момент, когда необходимо сместить время открытия клапанов в сторону запаздывания или опережения, фазовращатель проворачивает распредвал в соответствующую сторону.


Рисунок 4.12 Внешний вид фазовращателя.

Фазовращатели, в основном, устанавливают на впускной распределительный вал (вал, который открывает только впускные клапаны), но сейчас все чаще данные механизмы монтируют на оба распредвала – впускной и выпускной.

«Проверка и регулировка фаз газораспределения четырёхтактного двигателя»

I. Описание работы.

1.1. Цель работы.

Приобретение навыков по:

– определению положения поршня в точках отсчёта – в верхней мёртвой точке (ВМТ) и в нижней мертвой точке (НМТ);

– измерению и регулировке тепловых зазоров в механизме привода клапанов;

– определению моментов начала открытия и конца закрытия клапанов;

– построению круговых диаграмм газораспределения четырёхтактного дизеля.

1.2 Обоснование работы

Фазы газораспределения – это процессы, происходящие в цилиндре работающего двигателя в течение одного цикла (два оборота у четырёхтактного двигателя и один – у двухтактного). Там последовательно происходит смена рабочих процессов – фаз газораспределения. Переход от одного процесса к другому происходит в строгой зависимости от положения органов газораспределения. Открытия или закрытия клапанов (у четырёхтактного двигателя), выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно ВМТ или НМТ. Моменты закрытия и открытия органов газораспределения принято изображать на круговых диаграммах (рис. 1.1).

Процессы газораспределения, происходящие в цилиндре у четырёхтактного двигателя, состоят из четырёх фаз:

1) всасывание и заполнение порцией свежего заряда увеличивающегося объёма цилиндра при ходе поршня вниз – от ВМТ к НМТ;

2) процесс сжатия свежего заряда при ходе поршня вверх и закрытых клапанах, от НМТ к ВМТ;

3) следующая фаза – рабочий ход (расширение) при ходе поршня вниз и закрытых клапанах, от ВМТ к НМТ;

4) процесс очистки от продуктов сгорания рабочего объёма цилиндров при ходе поршня от НМТ к ВМТ.

Тактом называется движение поршня от одной мёртвой точки к другой, его величина всегда составляет 180۫˚ угла поворота коленчатого вала.

Фазами газораспределения называются последовательно происходящие рабочие процессы у работающего двигателя в течение одного цикла. Величина каждой фазы газораспределения совпадает по направлению движения с тактом, но отличается от него углом поворота коленвала в большую или меньшую сторону. Величина каждой фазы зависит от характера изменения процесса в цилиндре, который определяется конструктивными особенностями двигателя и законами истечения газов. Так, для лабораторного двигателя 3NVD-24, фаза наполнения равна фазе выпуска и составляет 240 градусов п.к.в. Фаза сжатия равна по углу поворота фазе рабочего хода и составляет 140 º . Чтобы правильно выставить величины фаз газораспределения необходимо уметь определять углы начала открытия и конца закрытия клапанов относительно верхней и нижней мёртвых точек, предварительно установив тепловые зазоры клапанов.

Читайте также:
Замена масла в АКПП: полная, частичная и аппаратная замена

Циклом называется совокупность взаимосвязанных периодов (фаз), образующих законченный круг развития термодинамических процессов, где начальные и конечные состояния совпадают.

2. Перечень приборов, инструмента и устройств.

Работа выполняется на четырехтактном двигателе внутреннего сгорания 3 NVD-24.

Для выполнения работы требуется:

– набор инструмента для технического обслуживания двигателя;

– шток с индикаторной головкой или шток с линейкой;

– набор щупов в диапазоне 0,1-1,5 мм;

– паспортные данные периодов открытия и закрытия клапанов 3NVD-24.

Основными документами, имеющими приоритетное значение и юридически признанными, являются паспорта, выдаваемые на каждый двигатель заводом-строителем.

Паспортные данные двигателя 3 NVD – 24: .

– диаметр цилиндра – Dцил. = 17,5 см. (175 мм.);

– ход поршня – S = 24 см. (240 мм.);

– мощность эффективная – Nе = 65 э.л.с. (48 кВт);

– мощность одного цил. – Nц = 21, 67 э.л.с. (16 кВт.);

– число оборотов – n = 630 об/мин.;

– степень сжатия – ε = 14,85 (отношение Va / Vс);

– степень повышения давления – λ = 1,67 (отношение Рz / Рс);

– давление сжатия – Рс = 36 кгс/см.;

– максимальное давление сгорания – Рz = 60 кгс/см 2 ;

– давление впрыска топлива – Рвпр = 280 кгс/см 2 ;

– давление масла – Рм (min) = 1,0 кгс/см 2 ;

– температура выхлопных газов – tвыхл. (max) = 380ºС;

– диаметр маховика – Dм = 830мм.;

– тепловой зазор клапана всасывания – – 0,40 мм.;

– тепловой зазор выпускного клапана- – 0.40 мм.;

– начало открытия клапана всасывания – 20° до ВМТ;

– закрытие клапана всасывания – 40° после НМТ;

– начало открытия выпускного клапана – 40° до НМТ;

– закрытие выпускного клапана – 20° после НМТ.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Фазы газораспределения четырехтактного двигателя что это такое

Что такое фазы газораспределения и как они работают

Отрезки времени от начала момента открытия клапанов двигателя до их полного закрытия относительно мертвых точек движения поршня получили наименование фазы газораспределения. Их влияние на работу двигателя очень велико. Так, от продолжительности фаз зависит эффективность заполнения и очистки цилиндров в процессе работы мотора. Это напрямую определяет экономичность расхода топлива, мощность и крутящий момент.

  1. Сущность и роль фаз газораспределения
  2. Почему выполняется запаздывание и опережение срабатывания клапанов?
  3. Особенности регулируемых фаз газораспределения

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя приводит к выделению выхлопных газов и увеличению температуры. Во время такта сжатия поршень движется к верхней мертвой точке (ВМТ) сжимая топливовоздушную смесь или воздух (дизельный двигатель).

Воспламенение происходит незадолго до ВМТ. В бензиновом двигателе топливовоздушную смесь воспламеняет искра свечи зажигания. В дизельном моторе в раскаленный от сжатия воздух впрыскивают распыленное топливо. Когда поршень приближается к нижней мертвой точке (НМТ), наступает выпускная фаза газораспределения. Выпускной клапан открывается и поднимающийся к ВМТ поршень выдавливает из цилиндра продукты горения топливовоздушной смеси. Когда поршень подходит к ВМТ заканчивается фаза выпуска и начинается фаза впуска. Поршень движется в ВМТ, в цилиндре возникает разряжение, благодаря которому воздух засасывает внутрь камеры сгорания. После достижения ВМТ фаза впуска завершается и начинается такт сжатия.

Изменяемые фазы газораспределения

Если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы мотора?

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

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

Изменение высоты подъёма

Такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. Экономия от применения системы бездроссельного управления составляет от 8% до 15%, прирост мощности в пределах 5—15 %.

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

Электромагнитный привод

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

На что влияют фазы ГРМ

В двигателях современных бюджетных автомобилей не предусмотрена автоматическая регулировка фаз газораспределения, поэтому они настроены на средний режим работы. Форма кулачков распределительных валов таких двигателей рассчитана на максимальное наполнение и освобождение цилиндров при скорости вращения, близкой к максимальному крутящему моменту. Обычно он расположен между 2/3 и 3/4 от максимальных оборотов. Поэтому такой двигатель «плохо тянет» на оборотах ниже половины от максимальных.

Читайте также:
Тюнинг русских авто: виды, варианты и идеи

Почему так происходит? Чем выше обороты двигателя, тем быстрей движутся поршни. В результате давление внутри цилиндра во время фазы выпуска возрастает, но пропускная способность выпускного клапана не меняется. Во время фазы впуска поршень движется быстрей, чем на холостых оборотах, но пропускная способность клапана не меняется. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем хуже наполнение цилиндров. Поэтому нередко фазы выпуска и выпуска пересекаются. В то время когда выпускной клапан закрывается, но еще открыт, начинает открываться впускной клапан.

На холостых и низких оборотах часть топлива, которая поступает в двигатель, уходит в выхлопную трубу. Это снижает мощность и экономичность двигателя. По мере роста оборотов влияние этого эффекта слабеет. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем длинней должны быть фазы газораспределения. Это позволит избежать снижения мощности мотора.

Если сдвинуть фазы газораспределения от оптимальной точки, то произойдет резкое падение мощности мотора. Ведь цилиндры будут или не до конца освобождаться от выхлопных газов или не до конца наполняться топливовоздушной смесью. Однако оптимальная точка начала фазы и ее продолжительность зависят от нагрузки на мотор и оборотов двигателя. Поэтому тюнинговые мастерские и умелые автомобилисты устанавливают вместо штатной шестерни распределительного вала разрезную шестерню, с помощью которой можно сдвигать фазу на угол до 10 градусов. Также используют тюнинговые распределительные валы, рассчитанные на различные режимы и нагрузки. Те, кто предпочитает ездить на максимальной скорости, устанавливают валы с максимальными фазами впуска и выпуска. Те же, кто ездит на средних оборотах двигателя, избегая резких стартов и больших скоростей, ставят валы с чуть уменьшенными фазами.

Логика работы CVVT

Система CVVT работает на всем диапазоне оборотов ДВС. В зависимости от производителя логика работы может отличаться, но в среднем она выглядит примерно так:

  • Холостой ход. Задача системы – выполнить проворачивание впускного вала так, чтобы обеспечить позднее открытие впускных клапанов. Это положение повышает устойчивость работы двигателя.
  • Средние обороты ДВС. Система обеспечивает промежуточное положение распределительного вала, обеспечивая снижение расхода топлива и выброс вредных веществ с отработанными газами.
  • Высокие обороты ДВС. Действие системы направлено на максимальное увеличение мощности. Для этого впускной вал прокручивается так, чтобы обеспечить опережение открытия клапанов. Так, система обеспечивает лучшее наполнение цилиндров, что позволяет улучшить характеристики ДВС.

Способы регулирования

Регулировка критериев, в которых функционирует механизм газораспределения в транспортном средстве, предусматривает различные варианты изменения фаз. Это может быть поворот распредвала, либо использование кулачков с различным профилем, либо же различная заданная высота поднятия клапанов. Именно система, основанная на вращательном действии распред вала мотора, получила максимальное распространение.

В таком способе предусмотрена гидроуправляемая муфта. Само проворачивание распредвала происходит именно с ее участием. Устанавливают ее чаще всего на распредвале впускных клапанов. Конструктивно для управления ею предусмотрены датчики, ЭБУ, а также некоторые устройства исполнительного типа. На управляющий блок. поступают сигналы, собранные датчиками, в результате чего формируются команды электрогидравлическому распределителю. Смена газораcпределяющих фаз эффективна и на холостом ходу и при достижении максимальной отдачи агрегата.

В cледующей разновидности газораспределяющей схемы фазы меняются благодаря использованию в ней кулачков разных размеров. Такая установка позволяет менять периоды, в течение которых будут открыты клапаны и выcоту, на которую они смогут подняться. Применение блокирующего механизма позволяет переключаться между разными режимами работы (Hon­da — VTEC).

Если нагрузка на движок невелика, то впускные клапана управляютcя малыми. кулачками. Как только обороты возрастают, то в действие приводится уже механизм блокирующего типа. Происходит объединение коромысел от большого и малых кулачков в единую составляющую. В это же время усилие уходит на впускные клапана.

Существует еще одна методика смены газораспределяющих фаз, что основана на принципе коррекции высоты поднятия клапанов. При том, что движок может эксплуатироваться в разных режимах, она дает возможность отказаться от активного пользования заслонкой акселератора. Впервые стала применяться, как Вы думаете, каким автопроизводителем? Конечно, это был не ГАЗ, а BMW, известный своими инновационными разработками. На сегодняшний день этот принцип используют и другие автоконцерны.

В данной методике высота может корректироваться посредством вращения вала. В ней участвует промежуточный рычаг, влияющий на движение коромысла и позицию, которую занимает клапан. Сам же уровень поднятия меняется постоянно, исходя из того, в каком сейчас режиме функционирует силовой агрегат машины. Предусмотрена такая схема только для клапанов «впускного типа».

Изменяемые фазы газораспределения

В обычном двигателе фазы газораспределения определяются формой кулачка распределительного вала и остаются неизменными во всех диапазонах и при любых режимах работы двигателя. Однако постоянные фазы газораспределения не позволяют создавать оптимальные процессы смесеобразования для каждого конкретного режима.

Для примера рассмотрим, какие требования к газораспределению предъявляет двигатель при различных условиях нагрузки и работы.

Режим холостого хода

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

При работе в режиме низких нагрузок перекрытие клапанов необходимо уменьшить для минимизации поступления отработавших газов во впускной трубопровод, что улучшает стабильность работы двигателя.

Режим средних нагрузок

В этом режиме необходимо увеличить перекрытие клапанов, что позволит снизить «насосные» потери. При этом часть отработавших газов поступает во впускной трубопровод, что позволяет повысить температуру рабочего цикла сжатия и уменьшить ее в процессе такта сгорания (рабочего хода), что, в свою очередь, приводит к снижению содержания оксидов азота в отработавших газах и повышению температурного КПД двигателя.

Режим высоких нагрузок при низкой частоте вращения коленчатого вала

На этом режиме должно обеспечиваться раннее закрытие впускных клапанов, чтобы обеспечить увеличение крутящего момента. Небольшое или нулевое перекрытие клапанов заставляет двигатель более четко реагировать на изменение положения дроссельной заслонки, что, например, очень важно при движении в городском транспортном потоке.

Читайте также:
Амортизаторы Tokico: подбор по модели авто и отзывы владельцев
Режим высоких нагрузок при высокой частоте вращения коленчатого вала

Для того чтобы получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленчатого вала, необходимо обеспечить 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.

Приведенный выше анализ показывает, что механизм газораспределения должен чутко подстраиваться под конкретные условия работы двигателя, чтобы обеспечить наиболее эффективное выполнение двигателем своих функций. Очевидно, что газораспределительный механизм должен уметь изменять фазы газораспределения в зависимости от режима работы двигателя.

Осознание конструкторами необходимости применения «гибких» ГРМ, способных изменять фазы газораспределения в следящем режиме в зависимости от условий работы двигателя привело к созданию различных систем и технических решений, позволивших воплотить эту идею в жизнь.

Основными задачами системы изменения фаз газораспределения являются:

  • улучшение качества работы двигателя на холостом ходу;
  • повышение топливной экономичности двигателя;
  • 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.

Чтобы варьировать фазами газораспределения во время работы двигателя необходимо каким-либо образом изменять положение распределительного вала относительно коленчатого вала. При этом принцип действия привода поворота распределительного вала, для изменения фаз газораспределения, может быть любым — механическим, гидравлическим, электрическим или пневматическим.

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.
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).

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.

Альтернативной механическим системам явилась более дешевая конструкция системы изменения фаз газораспределения с использованием гидроуправляемой муфты — фазовозвращателя. Такая муфта 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 системе VVTL-i, разработанной специалистами фирмы Тойота, после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу включается дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иную кинематику движения клапана и изменяет фазы газораспределения. При повышении частоты вращения коленчатого вала свыше 6500. 8000 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, способное придать автомобилю динамический рывок при ускорении.

В настоящее время системы непрерывного изменения фаз газораспределения применяются на двигателях Ауди, Фольксваген, Тойота, Рено, Вольво и др.

Еще одно техническое решение проблемы – изменение высоты подъема клапанов, позволяющее варьировать процесс газообмена при помощи различных систем управления. В таких системах высота подъема клапанов и продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа, т. е. при помощи бездроссельного управления.
Экономия от применения системы бездроссельного управления составляет 8. 15%, прирост мощности — в пределах 5. 15 %.

В последнее время механический привод управления скоростью и высотой подъема клапанов все чаще вытесняет электромагнитный привод, как более чуткий к сигналам управляющих устройств.
Высоту, время и скорость подъёма клапана в этом случае можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника, в соответствии с заданной программой, может периодически не открывать «ненужные» клапаны, или вовсе отключать цилиндры от газообмена. Делается это в целях экономии, например, на холостом ходу или при торможении двигателем.

Работа инженеров и конструкторов по оптимизации и совершенствованию систем газораспределения двигателей внутреннего сгорания ведется непрерывно, чтобы полностью использовать потенциал увеличения динамических и скоростных характеристик двигателей, их экономичности и экологической безопасности.

ФАЗЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО И ДВУХТАКТНОГО ДИЗЕЛЕЙ

Одним из важнейших условий хорошей работы дизеля является качество очистки цилиндров от отработавших газов и наполнение цилиндров воздухом. Время, отводимое на это, исчисляется долями секунды. Поэтому стремятся увеличить продолжительность процессов очистки и наполнения цилиндров, т. е. время, в течение которого органы газораспределения (клапаны или окна цилиндров) остаются открытыми. Однако при чрезмерном увеличении продолжительности открытия окон или клапанов возрастают потери воздушного заряда цилиндра или потери газов от предыдущего рабочего цикла и т. п. Все это ухудшает рабочий процесс, снижает экономичность, приводит к падению мощности. Вот почему так необходимо и важно выбрать наивыгоднейшее (оптимальное) соотношение в открытии и закрытии впускных и выпускных органов газораспределения.
Моменты открытия и закрытия клапанов и окон называются фазами газораспределения дизелей. Фазы газораспределения обычно выражаются в углах поворота коленчатого вала и представляются графически в виде диаграммы фаз (круговой диаграммы). Рассмотрим сначала фазы газораспределения четырехтактного дизеля.
Как увеличить продолжительность выпуска газов из цилиндра?
Для освобождения цилиндра четырехтактного дизеля от отработавших газов надо открыть выпускной клапан.А чтобы облегчить выпуск газов, нужно увеличить время открытия и проходное сечение клапанов, ибо в узкой щели, открываемой клапаном, происходит дросселирование газов. Конструкторы решили открывать клапан еще во время рабочего хода, т. е. до того, как поршень дойдет до крайнего нижнего положения.
На первый взгляд это кажется невыгодным. В самом деле, зачем преждевременно выпускать из цилиндра газы, не потерявшие давления? Однако значительной потери энергии практически не происходит, так как клапан открывается в конце хода расширения, когда поршень прошел значительную часть пути. Небольшая потеря энергии газов оправдывается теми выгодами, которые получаются благодаря лучшей очистке цилиндров и меньшему давлению на ходе выталкивания.
Выпуск газов с опережением облегчает движение поршня вверх. Происходит это потому, что давление в цилиндре при движении поршня к наружной мертвой точке из-за опережения выпуска успевает значительно понизиться. Поэтому отработавшие газы будут оказывать незначительное противодействие обратному ходу поршня. Вредная работа при выпуске уменьшается. Этому способствует также увеличение проходного сечения и времени открытия клапанов за счет запаздывания закрытия выпускного клапана не в момент нахождения поршня в в. м. т., а несколько позже (рис. 22).

Читайте также:
Перфорированные тормозные диски: плюсы и минусы вентилируемых дисков

Рис.22. Круговая диаграмма газораспределения четырехтактного дизеля Д50

Аналогично, чтобы облегчить впуск воздуха, открытие впускных клапанов происходит не в в. м. т., а до того, как поршень дойдет до крайнего верхнего положения. Благодаря опережению начала и запаздывания конца выпуска величина угла поворота кривошипа коленчатого вала при открытом выпускном клапане увеличивается и возникает возможность продувки цилиндров воздухом, проходящим через них «транзитом» (в четырехтактных двигателях).
Как видно из диаграммы фаз четырехтактного дизеля Д50, выпускной клапан (черная линия на диаграмме) начинает открываться в конце такта расширения за 50° до прихода кривошипа коленчатого вала в положение, соответствующее н. м. т. Для разных дизелей в зависимости от их конструкции устанавливают разные фазы газораспределения. Закрывается выпускной клапан после того, как кривошип пройдет на 54° положение, соответствующее в. м. т. Подсчитаем, на сколько градусов повернется коленчатый вал в процессе выпуска газов из цилиндра четырехтактного дизеля Д50:

Величина угла поворота кривошипа в процессе очистки цилиндра доходит в четырехтактных дизелях до 240—290° против теоретических 180°. Ясно, что при таком увеличении процесса выпуска, в течение которого выпускной клапан открыт, из цилиндра успеет выйти больше отработавших газов и, что не менее важно, давление в цилиндре на ходе выталкивания будет значительно ниже. Однако для экономичной работы двигателя внутреннего сгорания важно не только хорошо очистить цилиндры от газов,но и наполнить их требуемым количеством свежего воздуха.
Каким же образом решается эта задача, за счет каких резервов конструкторы увеличивают наполнение цилиндра воздухом?
Для увеличения заряда цилиндра свежим воздухом впускной клапан начинает открываться немного раньше того момента, когда поршень придет в крайнее верхнее положение. Опережение впуска делается для того, чтобы к началу обратного хода поршня проходное сечение клапана для впуска свежего воздуха было достаточно большим. Если же начать открывать клапан одновременно с началом хода впуска, то воздуху придется вначале проходить через уменьшенное сечение за меньшее время. Это вызовет большие потери на дросселирование воздуха, и он не успеет заполнить цилиндр до н. м. т. Чтобы увеличить среднее проходное сечение и время открытия впускных клапанов и уменьшить потери давления, конструкторы решили закрывать впускной клапан не в момент подхода поршня к нижнему мертвому положению, а позже, т. е. в начале обратного хода поршня. Что при этом получается? Поршень идет вверх, объем над поршнем уменьшается, но, несмотря на это, воздух продолжает поступать в цилиндр до тех пор, пока давление в нем станет равным давлению наддува.
В этот момент закрывается впускной клапан. В тепловозных дизелях продолжительность открытия впускного клапана соответствует 230—300° угла поворота кривошипа коленчатого вала. Впускной клапан (линия с точками на диаграмме рис. 22) открывается в конце такта выпуска, когда кривошип коленчатого вала еще не дошел на 80° до положения, соответствующего в. м. т., а закрывается, когда коленчатый вал пройдет на 35° положение, соответствующее н. м. т.
Подсчитаем продолжительность наполнения цилиндра:

80+ 180 + 35 = 295°.

На тепловозных дизелях 2Д50, ПД1 фазы газораспределения отличаются от приведенных на рис. 22 увеличением продолжительности открытия выпускного клапана до 300°. Это уменьшает потери воздуха при дросселировании через клапаны и улучшает очистку цилиндра.
Мы видели, что впускной клапан начинает открываться еще до того, как закончится такт выпуска, т. е. до того, как поршень придет в верхнюю мертвую точку, а выпускной клапан закрывается после прохода поршнем этой точки, т. е. в начале такта впуска. Следовательно, в течение некоторого времени оба клапана находятся в открытом положении, процессы выпуска газов и впуска воздуха накладываются один на другой (перекрываются). Поэтому фаза, в которой одновременно открыты выпускной и впускной клапаны, называется перекрытием клапанов. Особенно полезно перекрытие клапанов в двигателе с наддувом.
При наддуве за счет перекрытия клапанов осуществляется продувка воздухом, проходящим через цилиндры «транзитом». Это улучшает очистку цилиндра от газов, происходит некоторое охлаждение поверхности цилиндра, головки поршня и выпускных клапанов, работающих в напряженных температурных условиях. Перемешивание с воздухом отработавших газов приводит к понижению их температуры, облегчая условия работы лопаток турбины.
Мы рассмотрели две фазы газораспределения — впуск и выпуск. Обычно на круговую диаграмму, иллюстрирующую эти важные фазы, наносят еще два полукруга, изображающих процессы сжатия и расширения, а также момент начала подачи топлива.
Построение круговой диаграммы газораспределения двухтактных дизелей принципиально не отличается от построения круговой диаграммы четырехтактных дизелей, но учитывается, что процессы выпуска и наполнения в двухтактных дизелях протекают в течение части хода поршня за счет повышенного давления продувочного воздуха, а в четырехтактных дизелях в процессах газообмена участвует поршень, выталкивая газы или всасывая свежий воздух.
Продолжительность выпуска и наполнения (от момента открытия выпускных органов до момента закрытия впускных) в четырехтактном дизеле Д50 соответствует 445° угла поворота коленчатого вала (50+180+ + 180+35), в двухтактном же дизеле 10Д100 этот угол составляет 120° (56+56+8).

Читайте также:
Инструкция по эксплуатации Рено Сценик

Рис. 23 Круговая диаграмма газораспределения двухтактного дизеля 10Д100

На рис. 23 показана круговая диаграмма газораспределения дизеля 10Д100. Когда кривошип нижнего коленчатого вала не дойдет на 10° до положения, соответствующего в. м. т., начинается подача топлива, а после его сгорания через некоторый период начинается процесс расширения. После того как кривошип нижнего коленчатого вала пройдет на 124° от положения, соответствующего в. м. т., нижним поршнем начинают открываться выпускные окна. Свободный выпуск газов продолжается в течение 16° поворота нижнего коленчатого вала. После этого верхний поршень откроет продувочные окна. Начинается принудительный выпуск газов, продувка и наполнение цилиндра свежим воздухом. Выпускные окна нижним поршнем перекроются при проходе им 56° от н. м. т. Продувка закончится, но продувочные окна еще будут открыты в течение 8° поворота кривошипа, и в цилиндр будет поступать воздух (происходит дозарядка). Сжатие воздуха начнется после закрытия продувочных окон.
Итак, в двухтактных и четырехтактных дизелях с воспламенением от сжатия рабочий процесс состоит из следующих процессов: впуск свежего воздуха; сжатие свежего воздуха; впрыск и горение топлива; расширение газов; выпуск отработавших газов.

Все виды топливных форсунок и их диагностика.

Топливная форсунка — незаменимый компонент впускного комплекса, гарантирующий равномерный впрыск горючего с последующим распределением в камере и формированием смеси с воздухом. Устройство применяется как в бензиновых, так и в дизельных агрегатах. На передовых моторах используют узлы с автоматической регулировкой подачи.

Топливная форсунка — что это?

Впрыск топлива в камеру — сложный процесс, который состоит из нескольких этапов. В силовых установках рассчитываются не только правильные пропорции дизтоплива, газа или бензина, но и методика распыления, момент сгорания и распределение пламени.

Они нужны для преобразования жидких составов в мелкодисперсную пыль, которая эффективнее воспламеняется и обеспечивает более высокий КПД.

Назначение устройства

Топливная форсунка — конструкция, объединяющий насос высокого давления (ТНВД) и двигатель.

Устройство выполняет такие задачи:

  1. Отвечает за дозировку топлива при подготовке сгораемой смеси.
  2. Регулирует давление подачи топлива.
  3. Формирует из жидкого топлива мелкодисперсную смесь (пыль из распыленного топлива и воздуха).

Кроме того, форсунки поддерживают герметичность оборудования и обеспечивает максимально эффективное сжигание топлива.

Расположение

Размещение форсунок определяется модификацией впускной системы:

  1. Центральная (перед заслонкой дросселя в трубопроводе впуска).
  2. Распределенная (на каждом цилиндре по отдельности в начале трубопровода).
  3. Непосредственная (в верху стенок цилиндра).

Принцип работы

Бензин или дизельный состав отправляется в форсунку под соответствующим давлением. Моторный блок дает импульс на магнит инжектора, провоцируя запуск игольчатого клапана. Он отвечает за состояние канала (закрыто/открыто). Объем топлива, которое поступает в систему, зависит от продолжительности поступающего импульса.

Разновидности топливных форсунок и их устройство

В зависимости от способа управления подачей топлива форсунки делят на несколько видов:

Механические модели

Этот вид распространен на дизельных двигателях. Он функционирует в результате воздействия топливного давления на запорный механизм. В процессе повышения показателей игла направляется вверх, провоцируя впрыск. После падения давления она занимает предыдущую позицию.

Механические форсунки менее эффективны в сравнении с другими типами, поэтому редко используются в современных автомобилях.

При этом детали обладают простой и надежной конструкцией, которая обеспечивает большой срок службы.

Электромагнитные форсунки

Подобный тип инжекторов встречается на бензиновых автомобилях, включая модели с непосредственной подачей горючего. С учетом выполняемых функций форсунки бывают пусковыми и рабочими. Вторая разновидность осуществляет точечный или индивидуальный впрыск.

Конструкция детали включает следующие составляющие:

  1. Корпус.
  2. Отсек для подсоединения к электрической цепи.
  3. Иглу.
  4. Уплотнители.
  5. Сопло.
  6. Обмотку возбуждения клапана.
  7. Фильтр-сетку и другие элементы.

В нужный момент моторный блок отправляет напряжение на обмотку, способствуя появлению электромагнитного поля, которое влияет на якорь с иглой. В это время усилие сжатия пружины уменьшается, якорь втягивается, а игла поднимается, открывая сопло инжектора. Дальше срабатывает клапан управления форсункой и осуществляется подача горючего под пиковым давлением. После прекращения подачи энергии на обмотку пружина возвращает иглу в начальное положение.

Электрогидравлические устройства

Модели электрогидравлического типа встречаются на дизельных агрегатах. Их можно установить на типовой ТНВД и комплекс Common Rail , особенность которого — подача топлива в камеру сгорания под высоким давлением .

В устройстве предусмотрены такие детали:

  1. Сопло, через которое происходит непосредственная подача топлива.
  2. Пружина, применяемая при передачи усилия на открывающий клапан.
  3. Камера управления, где находится поршень, находящийся под давлением топлива.
  4. Сливной дроссель.
  5. Якорь электромагнитного элемента.
  6. Обмотка возбуждения, которое создает электромагнитное поле.
  7. Штуцер впрыска горючего.

Во время срабатывания цикла клапан находится в закрытом состоянии. Горючее в системе воздействует на поршень камеры управления, а игла форсунки плотно прижимается к седлу. Блок управления мотора отправляет напряжение на обмотку, а сливной дроссель повторно открывается. В результате горючее передается в магистраль.

Впускной механизм препятствует мгновенному выравниванию давления в камере и на впуске. Поэтому в течение некоторого времени усилие, которое воздействует на поршень, снижается, а давление на иглу сохраняется. Из-за разницы показателей игла поднимается и регулирует впрыск топлива.

Пьезоэлектрические детали

Устройство встречается только на автодизелях и считается самым продвинутым типом инжекторов. Данная разновидность способствует мгновенному срабатыванию системы впрыска, подбору точной дозировки и многократной подаче горючего. Такие форсунки распространены в дизельных агрегатах с технологией Common Rail.

Агрегаты с системой подачи топлива Common Rail более требовательны к качеству топлива, но их конструкция при этом проще и ремонтопригодность выше.

Для сборки пьезоэлектрических механизмов используют:

  1. Иглу.
  2. Дроссельный блок.
  3. Пружины и поршни клапана.
  4. Сливную магистраль.
  5. Фильтр.
  6. Нагнетательную магистраль и другие детали.
Читайте также:
Сцепление Valeo: отзывы, подбор и комплект

Форсунка функционирует по принципу изменения длины пьезоэлемента при подаче напряжения. В базовом положении игла находится на седле. Когда электронный блок управления отправляет сигнал на пьезоэлемент, последний оказывает влияние на поршень. Переключающий клапан срабатывает, и топливо переходит на слив.

Есть ли отличия между топливными форсунками для дизельных и бензиновых двигателей

Форсунки для дизельных моторов обладают меньшим сечением, а принцип их работы гораздо сложнее. Для определения поломки нужны особые знания. Такие двигатели требуют повышенной герметичности топливной системы.

Для подобных силовых установок используют электромагнитные и пьезоэлектрические модели.

В моторах, работающих на бензине, присутствуют одно- и многоточечные инжекторы. Первые регулируют подачу топлива и устанавливаются перед заслонкой, а вторые включают нескольких форсунок, закрепленных перед трубопроводами. Устройство подает бензин в камеру сгорания, но обладает неразборной конструкцией, поэтому не подлежит ремонту. Стоимость комплектующих для бензиновых двигателей намного ниже, чем для дизельных.

Признаки поломки элемента

Определить неисправность или выход из строя форсунки можно по таким признакам:

  1. Увеличению расхода топлива при умеренной тяге.
  2. Задымлению транспортного средства.
  3. Сильным вибрациям двигателя.

К дополнительным признакам поломки относят пропуски зажигания. Также на панели приборов может появиться индикация Check Engine, указывающая на необходимость проверки силового агрегата.

Засорение топливного фильтра тоже негативно влияет на приемистость установки. К рывкам на бензиновом агрегате может привести поврежденная система зажигания.

Диагностика топливной форсунки

Специфика диагностики форсунки определяется типом детали. При этом диагностику можно выполнить как в сервисе, так и в гараже.

Проверка питания

Для оценки электроснабжения потребуется сделать следующее:

  1. Снять разъем питания форсунки первого цилиндра.
  2. Подсоединить мультиметр с настройками оценки постоянного напряжения в пределах 0-20 В.
  3. Завести автомобиль и проанализировать результаты измерений. В исправном состоянии форсунка дает короткие импульсы.
  4. В случае если на фишку питания не приходит напряжение, заглушить авто и выполнить проверку проводки либо найти дефект во время визуального осмотра.
  5. Подключить форсунку первого цилиндра и повторить проверку процедуру с 2-4-ыми элементами.

Изменение сопротивления

Сначала нужно уточнить модель форсунки, которая используется на вашем транспортном средстве. Дальше следует определить сопротивление катушек внутри детали.

Заглушив двигатель, необходимо снять разъемы питания, подключить мультиметр и запустить его в режиме измерения 0-200 Ом. Важно проанализировать сопротивление каждой детали. Оно должно соответствовать заявленным в технических характеристиках параметрам.

Дианостика на рампе

Для диагностики нужно снять топливную рейку с зафиксированными инжекторами. Дальше следует подключить контакты к рампе и форсункам (если они отключались). Рампа размещают под капотом таким путем, чтобы удалось установить под каждой деталью емкость со шкалой.

После этого требуется подсоединить трубки подачи топлива и убедиться в надежности их фиксации.

На следующем этапе необходимо включить зажигание и провернуть мотор стартером. Такие действия лучше проводить вместе с коллегой.

Пока второй человек вращает мотор, важно проследить за исправностью всех инжекторов. Впрыск горючего должен оставаться идентичным на всех элементах.

Финишный этап сводится к отключению зажигания и оценке объема топлива в емкостях.

Проверка на стенде

В автомастерских установлены стенды для диагностики и восстановления форсунок. Методика проверки на такой поверхности предусматривает разборку рампы и инжекторов ТС. Стенд позволяет реализовать комплексную диагностику, проверить эффективность впрыска горючего и определить электрическое сопротивление. Отдельные мастера сооружают стенды в домашних условиях.

Очистка форсунки в домашних условиях

Для исключения проблем в функционировании форсунок стоит периодически промывать их. Это делается стандартным путем, со специальным средством либо посредством ультразвука и проч., без снятия механизма с мотора.

Стандартный способ

Самый примитивный и легкий метод чистки топливных форсунок подразумевает заливку особого состава в бензобак.

Методика используется владельцами новых транспортных средств либо машин с пробегом в несколько тысяч км. Она подразумевает добавление состава вместе с горючим в бак для поддерживания двигателя и сопутствующих систем в чистоте.

Для автомобилей со сложными загрязнениями метод не подходит, потому что усугубляет проблему. В таком случае нужно разобрать мотор на подготовленном стенде, демонтировать распылители и провести их поочередную очистку.

С помощью таких действий можно найти дополнительные поломки и заменить поврежденные компоненты.

Чистка без демонтажа двигателя

Чтобы промыть ТФ без демонтажа силового агрегата, необходимо подключить промывочную станцию сразу к мотору. Это позволит удалить накопившуюся грязь на поверхностях и топливной рампе. Достаточно включить мотор на 30 минут, используя нейтральную передачу, и постепенно подавать рабочую смесь под давлением.

Подготовка топливных форсунок к замене

Процесс разборки инжектора начинается с подготовки приспособлений. Специфика разборки может отличаться для разных моделей авто и типов впускных комплексов.

Проверенные бренды

Чтобы топливные форсунки прослужили максимально долго, важно выбирать оригинальную продукцию. И это касается как электрических, так и механических моделей. Из качественных аналогов можно купить устройства от компаний Siemens, Bosch, Delphi, OMVI, Hana.

Как снять форсунку

Перед демонтажом топливных форсунок следует спустить давление в системе.

На многих моделях авто предусмотрен специальный механизм на топливной рейке. Это особый клапан, который срабатывает после нажатия и способствует вытеканию топлива.

Затем стоит достать рампу, где удерживаются распылители. Разборка производится посредством отключения разъемов с проводами. Извлечь элементы можно поворотом или раскачиванием механизма.

Замена на новую

Разобравшись, как снять форсунку, остается установить на ее место новую деталь. Для безошибочного выполнения действия нужно иметь базовые навыки в решении таких задач. Алгоритм действий может отличаться для каждой модели транспортного средства.

Если производится плановая чистка, нужно снять уплотнительные кольца со всех распылителей и выбросить их.

Ремонт элемента

Восстановление элемента допускается только при несложных поломках. Его практикуют на двигателях с прямой подачей топлива. Отремонтировать механическую деталь можно своими руками с помощью базовых запчастей и подручных средств.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: