Эффективность работы ДВС главным образом определяется организацией процесса газообмена, то есть качественным и своевременным наполнением и очисткой цилиндров. Эта задача возлагается на газораспределительный механизм и зависит от фаз газораспределения – моментов и продолжительности открытого состояния впускных и выпускных клапанов. Если клапаны открыты непродолжительное время, фазы называют «узкими». Чем дольше открыты клапаны – тем фазы «шире».
При низких оборотах коленвала объемы и скорость движения горючей смеси и отработанных газов невелики, поэтому фазы должны быть узкими, а перекрытие (время одновременного открытия впускных и выпускных клапанов – минимальным. В этом случае свежая смесь не вытесняется в выпускной коллектор через открытый выпускной клапан и, соответственно, отработанные газы не попадают во впускной. Если же «расширить» фазы на низких оборотах, отработанные газы смешаются с рабочей смесью, снизив тем самым ее качество и вызвав падение мощности и неустойчивую работу двигателя.
С ростом оборотов пропорционально увеличиваются объемы и скорость движения перекачиваемой смеси и отработанных газов в единицу времени, поэтому необходимы «широкие» фазы и большее время перекрытия для лучшей продувки цилиндров. Продувка – вытеснение выхлопных газов из цилиндра движущейся с большой скоростью топливовоздушной смесью.
Ширина фаз определяется формой кулачков распределительного вала. Чем больше высота кулачка – тем выше высота подъема клапана. Чем «тупее» его конец – тем больше время максимального подъема клапана. Таким образом, подбирая форму кулачков, конструкторы могут настроить двигатель на работу только в определенном диапазоне оборотов. При проектировании обычного дорожного автомобиля разрабатывается усредненный распредвал для компромиссного баланса между мощностью и экономичностью. При отклонении от этого диапазона, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, эффективность ДВС будет снижаться. Например, «узкофазный» мотор не позволит развить высокую мощность, а «широкофазный» будет неустойчиво работать на малых оборотах, что вынудит увеличивать частоту оборотов холостого хода. Следовательно, идеальным решением было бы изменять ширину фаз в зависимости от оборотов двигателя. Так появились системы регулирования фаз газораспределения.
Для технической реализации идеи регулирования фаз было создано множество конструкций. Для их описания потребуется не одна страница. Поэтому ознакомимся с устройством только нескольких — как простых, проверенных временем систем, так и самых современных.
Одним из способов регулирования фаз газораспределения является изменение положения распределительного вала относительно его первоначального положения в зависимости от режимов работы двигателя. Для примера рассмотрим систему Variable Valve Timing (VVT), применяемую на автомобилях Фольксваген. Она предназначается для оптимизации фаз при работе двигателя на режимах холостого хода, максимальной мощности и максимального крутящего момента.
В систему VVT входят следующие компоненты:
Сдвиг фаз VVT
Состав системы VVT
Фазовращатель
Работы системы VVTУправление системой VVT осуществляется блоком управления двигателя. Получая данные с датчиков о частоте вращения коленвала, нагрузке двигателя, температуре охлаждающей жидкости, а также о мгновенном положении коленчатого и распределительных валов, ЭБУ выдает сигнал на электрогидравлические распределители. Распределители открывают соответствующие каналы подвода масла, расположенные в корпусе механизма газораспределения. Масло из системы смазки двигателя поступает в гидроуправляемые муфты, которые поворачивают распределительные валы.
На режиме холостого хода впускной вал поворачивается таким образом, чтобы обеспечить более позднее открытие и соответственно более позднее закрытие впускных клапанов, а выпускной вал поворачивается так, что выпускной клапан закрывается задолго до прихода поршня в ВМТ. В результате количество отработанных газов в смеси снижается до минимума, что благоприятствует стабилизации сгорания в цилиндрах двигателя и повышению равномерности его работы на данном режиме.
Для достижения максимальной мощности при высокой частоте вращения вала двигателя производится задержка открытия выпускных клапанов. Благодаря этому увеличивается продолжительность давления газов на поршень на такте рабочего хода. Впускной клапан открывается после ВМТ и закрывается относительно поздно после НМТ. При этом динамические процессы во впускной системе используются для получения эффекта дозарядки цилиндров и соответствующего увеличения мощности двигателя.
Для получения максимального крутящего момента необходимо обеспечить возможно больший коэффициент наполнения цилиндров. Для этого необходимо раньше открывать и соответственно закрывать впускные клапаны, чтобы не допустить обратный выброс смеси из цилиндров во впускной трубопровод. При этом выпускные клапаны закрываются с небольшим опережением до ВМТ. Более подробно с работой системы VVT можно ознакомиться здесь (формат PDF).
Подобные системы устанавливают в своих двигателях Renault (VCP), BMW (VANOS/Double VANOS), Toyota (VVT-i), Honda (VTC). Некоторые из них используют фазовращатели только на впускном распредвалу, некоторые, как и VVT – на обоих. Недостатком подобных систем является то, что они способны только сдвигать фазы в ту или другую сторону, но не могут «сужать» или «расширять» их.
Устройство системы VTECТакими возможностями обладает, например, Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (VTEC), созданная инженерами Honda. Она способна расширять фазы на высоких оборотах путем изменения высоты подъема клапана. Со времени своего создания система претерпела несколько модернизаций. Здесь рассмотрим ее третью версию – систему DOHC i-VTEC. Она представляет собой симбиоз системы VTEC с системой VTC (Variable Timing Control). Именно наличие VTC добавило в обозначение системы букву «i».
Основой VTEC любого поколения является использование трех кулачков на каждую пару клапанов. Коромысел, соответственно, тоже три. Два крайних коромысла расположены непосредственно над клапанами, третье – между ними. Два крайних кулачка низкопрофильные и предназначены для обеспечения оптимальной работы на низких и средних оборотах. Усилие от среднего высокопрофильного кулачка передается на клапана только на высоких оборотах.
Работы системы VTECДля тех, кто не изучал английский:-)At low engine speeds — При низких оборотах двигателяAt higher engine speeds — При высоких оборотах двигателяLow valve lift — Низкий подъем клапановHigh valve lift — Высокий подъем клапановDisengaged — ОтключеноSynchronizing pin — Синхронизирующий штифт
Как это происходит? Примерно до 5500 об/мин газораспределение обеспечивается крайними кулачками через свои коромысла. Среднее коромысло хоть и приводится в действие кулачком, но на клапана никакого воздействия не оказывает – система VTEC отключена. При дальнейшем увеличении частоты вращения включается система VTEC. Блок управления отдает команду и управляемый давлением масла штифт, сдвигаясь, замыкает между собой все три коромысла. Таким образом, они составляют единое среднее коромысло, на которое воздействует только средний кулачок. В результате высота подъема клапанов, а вместе с ней и ширина фаз возрастает, обеспечивая лучшее наполнение и очистку цилиндров. Система VTEC устанавливается и на впускной, и на выпускной распредвалы.
А что же система VTC? Она, в отличие от VTEC, работает во всем диапазоне оборотов, регулируя момент открытия впускных клапанов в зависимости от нагрузки на двигатель. Конструктивно она аналогична описанной выше системе VVT, то есть представляет собой фазовращатель, установленный на впускном распредвалу. VTC позволяет дополнительно увеличить мощность, крутящий момент, снизить расход топлива и вредные выхлопы, изменяя фазы газораспределения путем доворачивания распредвала в нужную сторону.
Системы, подобные VTEC, выпускаются и другими производителями, например Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC). Их недостатком является ступенчатое переключение фаз между узкими и широкими. А в идеале хотелось бы достичь плавного регулирования, позволяющего более точно подстроиться под режим работы двигателя.
И такие системы были созданы! Первой появилась Valvetronic от BMW, в которой фазы регулируются плавным изменением высоты подъема впускных клапанов. Благодаря этой системе впервые удалось создать бензиновый ДВС без дроссельной заслонки. Вскоре аналогичные технологии освоили Nissan (VVEL) и Toyota (Valvematic). Последнюю революционную разработку представил Фиат под названием MultiAir. Мотор 1,4 Turbo, оснащенный этой системой, завоевал престижное звание «Двигатель года» в 2010 году.
Состав системы MultiAir
Система MultiAir
Возможности системы MultiAirВ системе MultiAir используется один распредвал, который приводит и впускные, и выпускные клапана. Но если выпускные клапана механически управляются кулачками, то на впускные воздействие от кулачков передается через специальную электрогидравлическую систему. Именно в ней и состоит новизна. Впускные кулачки нажимают на поршни, а те через электромагнитный клапан передают усилие на рабочие гидроцилиндры, которые уже воздействуют на впускные клапана. Главный узел – именно клапан, регулирующий давление в системе. Он имеет только два положения: открыт-закрыт. Если он открыт, давление в системе отсутствует, и усилие на клапан не передается. Поэтому, управляя моментом и длительностью открытия электромагнитного клапана за то время, пока кулачок воздействует на поршенек, можно добиться любого алгоритма открытия впускных клапанов. А значит, ширину фаз можно плавно регулировать от 0 до 100%. Максимальная ширина фазы определяется профилем впускного кулачка распредвала.
При движении с полной нагрузкой электромагнитный клапан закрыт, и впускные клапаны имеют жесткую связь с распредвалом – фазы максимальные. В режиме же частичных нагрузок, наполнив цилиндр необходимым объемом воздуха, электромагнитный клапан отключается, закрывая тем самым впускной клапан. Управление поступлением воздуха посредством впускных клапанов позволило отказаться от применения дроссельной заслонки – главного источника насосных потерь. А уменьшение потерь автоматически приводит к экономии топлива, повышению мощности, крутящего момента и снижению вредных выбросов.
Преимущества Multiair перед другими аналогичными системами состоят в простоте, надежности и низкой стоимости производства. В перспективе ожидается применение Multiair и для выпускных клапанов, что еще больше расширит ее возможности. Например, при малых нагрузках вспышки в цилиндрах можно производить через цикл, что даст ощутимую экономию. А если в каком-то цилиндре произойдет пропуск вспышки, то неиспользованная смесь не уйдет на выхлоп, так как клапан не откроется, а сгорит в следующем цикле. На очереди у конструкторов – ГРМ без распредвала.
avtonov.info
Эффективность ДВС во многом зависит от того, насколько хорошо отводятся отработанные газы и подается свежая воздушная смесь. Этим занимается ГРМ, и при хорошей настройке механизм показывает хорошие результаты. Однако повышение мощности и эффективности движка требует применения усовершенствованных узлов, и именно таким является фазовращатель.
Не секрет, что инженеры берут усредненные показатели при проектировании любого двигателя. Это значит, при любых оборотах обычного двигателя время открытия впускного и выпускного клапанов останется одинаковым. Это значительно сокращает затраты на производство, но высокой эффективность подобный движок похвастаться не сможет.
Фазовращатель устанавливается для того, чтобы регулировать время открытия и закрытия клапанов, а также добиться отсутствия перекрытия – одновременного открывания обоих видов клапанов. Это муфта, которая устанавливается на конец распредвала и немного сдвигает его, позволяя открывать клапана в определенный момент. Может устанавливаться на оба распредвала либо же только на один. Управлением занимается бортовой компьютер.
Предназначение у любого фазовращателя одинаковое, а вот конструкция может быть разная:
Есть фазовращатель, у которого нет не только распределительных валов, но и дросселя, и привода ГРМ в виде цепи или ремня. Положение клапанов регулируется датчиком движения и пневматической пружиной с электромагнитным приводом. Каждый клапан регулируется бортовым компьютером отдельно, скорость реакции очень большая, а смещение положения может быть любым. В результате работе клапанов впуска и выпуска газов регулируется очень точно. Пока такая система очень дорогая и встречается только в суперкарах.
В магазине «Питстор» в продаже найдутся качественные расходные жидкости в виде моторного и трансмиссионного масла, омывателей и прочей автохимии, которая поможет поддерживать любой автомобиль в исправном рабочем состоянии. У нас можно купить по отличной цене и другие мелкие предметы, нужные для ухода за машиной, скрытия внешних повреждений и украшения экстерьера. Загляните в каталог – и вы точно не останетесь разочарованными ни качеством наших товаров, но их привлекательной стоимостью!
pitstore.com.ua
НЕ редко на двигателях с «хорошим» пробегом, мы можем слышать некое рокотание. Специалисты на станциях технического обслуживания называют это просто – двигатель «дизелит». Звучит необычно — знаю, но такая аббревиатура существует практически у всех нормальных мастеров. Сегодня я вам поясню, что это такое и почему это начинает проявляться …
ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ
Выведу небольшое определение.
«Дизелит» (нарицательное) – означает, что бензиновый двигатель работает не нормально, слышен «рокот» (шум при работе) как от дизельного двигателя, отсюда и название. Обычно этот звук происходит от вполне четких поломок или износа.
Если честно, то двигатель моего FORD FUSION также так работал, при запуске особенно на холодную, «рокот» был очень хорошо слышен. Особенно неприятно было — когда сосед по стоянке на KIA CEED, запускал свой мотор у него только «шелест» стоял (работал очень тихо), а у меня такие звуки. В общем, начал разбираться и вот от чего это происходит.
Причин тут масса, но все они связаны с одной системой ГРМ (газораспределительного механизма). Немного истории для понимания.
Производители всего мира, в том числе и отечественные всегда бились над тишиной работы автомобиля. Вспомните первые заднеприводные ВАЗ (01,02,03 — 07). У всех у них были схожие моторы, работали они относительно тихо когда были новые, но затем начинали сильно шуметь, происходило это уже при 10 – 15 000 километров (у самого было много таких автомобилей, так что знаю не понаслышке), чтобы избавится от этого звука нужно было регулировать клапана (кстати, такая «шумная» работа влияла также на расход и стабильность двигателя).
Это была довольно распространенная процедура на классическом приводе. Причина этому была выработка, а также расширения металлов, которую носил клапан (а точнее его верхняя часть), на специальный кулачок. В общем конструкция была не такая совершенная, приходилось периодически регулировать. Шум пропадал, да и тяга мотора становилась лучше. Но вскоре был придуман другой механизм ГРМ, который включил в свою конструкцию – «гидрокомпенсаторы». Они уже автоматически производили регулировки, и шум не проявлялся многие тысячи километров, это был реально «скачек» вперед, единственное нужно было хорошее масло (тут и начинают появляться синтетика и полусинтетика). Однако после большого износа рокот – «дизеление» все равно проявлялись. Теперь постараюсь рассказать вам по пунктам:
1) Масло.
Банально – но это так! Если вы зальете не то масло, которое полагается вашему авто, а не дай бог нарветесь на подделку, то ваш агрегат даст вам знать «дизельными» звуками – будет шуметь. Проявляется это и при большом пробеге на одном масле (20 – 30 тысяч), делать такого нельзя ни в коем случае! «Убьете» двигатель. Меняйте масло, только на нормальное, покупайте в проверенных магазинах.
2) Гидрокомпенсаторы.
Эти устройства могут выйти из строя, двигатель будет шуметь, и работать не стабильно. Просто меняем, особенно часто проявлялось на наших ВАЗ.
3) Выработка распределительных валов и клапанов.
Не смотря на сегодняшние практически совершенные технологии, выработка в этих частях также присутствует, в основном в местах соприкосновения — вала и «механизма» клапана (могут быть всякие кулачки, пятаки и т.д.). Правда происходит это на очень больших пробегах, так думаю ближе к 200 – 250 000 километров.
4) «Пастель» распред.вала.
У некоторых моделей автомобилей, пастель (крепление вала) даже с нового состояния может быть немного шире, чем нужно. Поэтому когда вы запускаете двигатель то может быть слышен странный рокот (похожий на работу дизеля), но после того как мотор прогреется металл расширяется и зазор уменьшается, таким образом рокот проходит. Кстати это может проявляться практически на всех моделях автомобилей из-за большого износа этого крепления – пастели.
5) Цепь ГРМ и ее натяжители. НА многих автомобилях цепь ГРМ может растягиваться, например на мощных версиях двигателя TSI, конечно у нее есть «натяжители» которые ее держат в рамках (натягивают). Однако растяжение не редко бывает очень велико, от этого в моторах будет происходить не понятный рокот, который говорит об одном – нужно менять цепь и механизмы которые ее натягивают. Это очень популярная неисправность на многих автомобилях, как известных марок, так и наших классических ВАЗ.
6) Ремень ГРМ и его система натягивания. Практически идентично с цепью, однако сам ремень не шумит, да и рвется он чаще, чем растягивается. А вот шуметь может его система натягивания, как правила там идут ролики которые со временем выходят из строя, так что их также нужно будет менять.
7) Сами клапана. Часто это проявляется при капремонте, возможно мастер не правильно «притер» (набил зеркало) клапана. Таким образом, он закрывается не правильно, встречает преграду — возможны такие звуки. Правда тут проверить достаточно легко, в каком цилиндре есть такой звук, нужно посмотреть в нем компрессию, если она на низком значении, значит однозначно клапана.
Наверное, это все причины, почему двигатель «дизелит»! Постарался по максимум раскрыть проблему.
Сейчас небольшая видео версия статьи
В заключение от себя добавлю – лейте хорошее масло, чаще его меняйте хотя бы раз в 10 000 километров, наблюдайте и вовремя меняйте цепь и ремень ГРМ. Тогда таких звуков у вас не будет. На этом все, читайте наш АВТОБЛОГ.
avto-blogger.ru
Выбор фаз газораспределения — один из инженерных компромиссов. Для того, чтобы получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленчатого вала, необходимо обеспечить существенное перекрытие клапанов в районе ВМТ, потому что мощность в наибольшей степени зависит от максимально возможного количества горючей смеси, попадающей в цилиндр за короткое время, но чем выше частота вращения коленчатого вала, тем меньше отводимое на это время. С другой стороны, при малых оборотах, когда не требуется максимальная мощность, лучше, когда угол перекрытия близок к нулю. Небольшое или нулевое перекрытие клапанов заставляет двигатель более чутко реагировать на изменение положения педали «газа», что очень важно при движении автомобиля в транспортном потоке.
Рис. Схема работы механизма изменения фаз газораспределения: α° — диапазон изменения фаз газораспределения
В начале 1990-х гг. появились двигатели с автоматическими устройствами для изменения фаз газораспределения. Обычно в приводном шкиве (или звездочке) распределительного вала впускных клапанов размещается специальное устройство, которое имеет гидравлический привод от смазочной системы двигателя и может поворачивать распределительный вал относительно приводной звездочки (шкива) и, следовательно, относительно коленчатого вала.
При этом впускные клапаны могли открываться и закрываться раньше или позже. Изменение фаз открытия и закрытия впускных клапанов оказывает больший эффект, чем изменение аналогичных фаз выпускных клапанов. Первые устройства обеспечивали простое переключение в два положения, обеспечивая один угол перекрытия для малых оборотов двигателя, а другой — для высоких оборотов и нагрузки. Этого было достаточно для того, чтобы обеспечить хороший пуск, достаточный крутящий момент при сравнительно малых оборотах и нагрузках двигателя и возможность достижения большой мощности при высоких оборотах. Постепенно были разработаны устройства, которые могли изменять фазы газораспределения во всем диапазоне оборотов двигателя, а некоторые производители начали изменять фазы открытия-закрытия выпускных клапанов, в основном для того, чтобы снизить выбросы вредных веществ. Сегодня изменяемые фазы газораспределения VIVT (Variable Inlet Valve Timing) стали общепринятыми и появился целый ряд двигателей, оборудованных системой изменения фаз газораспределения во всем диапазоне.В некоторых ГРМ имеется возможность отключать один из впускных клапанов в каждом цилиндре. Такое устройство используется компанией Honda в высокофорсированном двигателе CVT. Здесь не обеспечивается полное отключение клапана, а происходит его открытие на небольшую величину в целях исключения возможности его прихвата к седлу.
Альтернативной разработкой, впервые использовавшейся фирмой Toyota, а сейчас широко применяемой в двигателях с двумя впускными клапанами на цилиндр, стало простое закрытие одного из впускных патрубков с помощью автоматически управляемой заслонки. Обычно два впускных патрубка имеют разную форму: один, который всегда остается открытым, имеет форму, которая обеспечивает турбулизацию горючей смеси в камере сгорания, чтобы создать хорошо перемешанный поток, необходимый работе двигателя на малых оборотах, и другой, короткий прямой патрубок, открывающийся при высоких оборотах и нагрузке обеспечивает максимально возможное наполнение цилиндров. Двигатели, имеющие устройства такого типа, получили название двигателей с изменяемой длиной впускных трубопроводов. Более сложные системы могут постоянно и плавно изменять длину впускных трубопроводов.
Перспективными конструкциями ГРМ являются механизмы без распределительного вала, в которых клапаны управляются индивидуальными устройствами с помощью электромагнитных соленоидов. Использование такой техники дает возможность индивидуального контроля за работой каждого клапана. При этом можно не только оптимально управлять временем открытия каждого клапана и обеспечивать получение максимальных мощности или крутящего момента, но и отключать некоторые цилиндры полностью или переводить их на малую нагрузку для более эффективной работы остальных цилиндров. Можно переводить двигатель в режим компрессора, разгружая, таким образом, тормоза, и, возможно, запасая часть энергии при спуске с возвышенности (рекуперация). Но главное преимущество этой системы заключается в том, что время и степень открытия клапанов в любой момент времени могут быть оптимальными для работы двигателя при данных условиях движения. Сегодня уже созданы такие экспериментальные системы с хорошей эффективностью действия (уменьшено потребление топлива до 20 %). Кроме того, конструкция самого двигателя может быть упрощена, потому что обычный привод — цепи, зубчатые ремни, механизм натяжения, шестерни и кулачковые валы — становятся ненужными.Препятствием на пути к широкому применению таких «бескулачковых» клапанных механизмов является большое потребление электроэнергии и большие габариты при водных устройств, получаемые при существующем 12-вольтовом электрооборудовании. Эти проблемы значительно уменьшаются в случае повышения рабочего напряжения на борту в несколько раз.
wiki.zr.ru
