Находим плюсы индивидуального управления клапанами — ДРАЙВ

Леонид Попов,
6 ноября 2018. Фото и иллюстрации: Camcon Auto, Car

Авторы системы говорят, что с её помощью можно модернизировать уже выпускаемые двигатели. Да, придётся изменить головку блока, но это намного проще, чем разрабатывать весь мотор полностью с нуля.

О пользе изменения фаз газораспределения ДВС на впуске и (или) выпуске мы рассказывали ещё одиннадцать лет назад. Ныне такие моторы — обычное дело. Иногда они дополняются устройством, меняющим высоту подъёма клапана. И всё же полной свободы регулирования там нет. Ведь «умные» актуаторы действуют не на сами клапаны, а сдвигают на несколько градусов распредвалы, вращение которых связано с поворотом коленчатого вала. Либо такие системы переводят работу клапана с одного кулачка на другой, с иным профилем. Избавить регулировку фаз от каких-либо ограничений позволяет другая технология: Intelligent Valve Actuation (IVA) от британской компании Camcon Auto.

Так выглядит механизм IVA для одного цилиндра. На каждый клапан (в данном примере их четыре) — свой мини-распредвал, поворачиваемый на любой желаемый угол электромотором, плюс свой механизм связи кулачок–клапан.

В таком интеллектуальном актуаторе распредвал, персональный для каждого клапана, не крутится постоянно, а поворачивается только в момент, когда клапан надо открыть или закрыть. Причём поворот идёт сначала в одну сторону, а потом в другую. Кулачок с клапаном связывает десмодромный механизм. То есть обратный ход осуществляется не за счёт пружины, а, опять же, жёстко управляется распредвалом. Клапан можно открыть намного быстрее, чем в обычном ДВС, затем оставить практически неподвижным, потом закрыть. Можно заставить его открыться дважды за один ход поршня. Или одним софтом поменять порядок зажигания в цилиндрах. Ещё можно задать персональный профиль подъёма и опускания для каждого цилиндра и в любой момент его изменить.

Система работает с моторами, чей рабочий диапазон — до 6500 об/мин. Полный подъём клапана происходит за пять миллисекунд.

Обычный ДВС с технологией IVA может по желанию программистов реализовывать какой угодно термодинамический цикл — хоть Отто, хоть Миллера/Аткинсона, хоть с воспламенением от сжатия HCCI, хоть его маздовскую версию SCCI. Такой мотор можно простой заменой программы переводить с четырёхтактного цикла на двухтактный или даже на сверхэкономичный 12-тактный. Последний представляет собой вариацию давней идеи отключения части цилиндров под малой нагрузкой. Но в обычных ДВС электроника деактивирует, например, половину цилиндров на энное продолжительное время. А в случае IVA работают все цилиндры равномерно. Но только каждый из них получает топливо и включает зажигание не раз в четыре такта, а на каждый третий свой рабочий ход (один раз за 12 тактов). Так все цилиндры остаются в нормальном рабочем температурном режиме.

В случае рядного мотора (например, переделанной в виде опыта «четвёрки» JLR Ingenium) каждый миниатюрный распредвал системы IVA ориентирован поперёк общей оси ДВС (то есть оси коленчатого вала).

Конечно, Camcon — далеко не первая фирма, задумавшаяся над системой полного и совершенно свободного контроля за фазами газораспределения. Такие проекты существовали у GM и Форда, Ricardo и Lotus Engineering. Из последних примеров нужно вспомнить систему Qamfree вовсе без единого распредвала. Ту разработку начали в Кёнигсегге, а продолжили в фирме FreeValve вместе с Коросом. В Camcon Auto, как видим, пошли противоположным путём — поставили по персональному распредвалу на каждый клапан.

Для демонстрации фактической работы IVA авторы устройства переделали мотор Ягуара и выпустили такую легковушку на дорожные тесты.

Как говорят разработчики, потенциально система IVA может сократить выбросы углекислого газа на 15–20%. На опытных образцах моторов («турбочетвёрки» 2.0) удалось продемонстрировать экономию топлива в 7,5%. В серии IVA обходилась бы дешевле, чем гибридная силовая установка, считают британцы. А расход у машин с бензиновым агрегатом был бы примерно сопоставим с дизелем. Фирма Camcon готова поставлять производителям комплекты своих актуаторов и наборы для адаптации их к моторам либо сотрудничать с поставщиками компонентов. Британцы прогнозируют, что на серийных машинах IVA появится в течение пяти лет.

Комментарии 

Поделиться

Лайкнуть

Твитнуть

Отправить

© 2005–2023 ООО «Драйв», свидетельство о регистрации СМИ №ФС77-69924   16+

Полная версия сайта

ᐉ Электромагнитный привод клапанов ГРМ

Улучшение наполнения цилиндров можно достигнуть без увеличения числа клапанов, удлинения фазы впуска и увеличения подъема клапана, применяя электромагнитный привод клапана EVA (Electromagne­tic Valve Actuator). Такие системы в настоящее время интенсивно разрабатываются как в Европе, так и США.

Электромагнитный привод клапанов представляет собой подпружиненный клапан, который помещен между двумя электромагнитами, которые удерживают его в крайних положениях: закрытом или полностью открытом. Специальный датчик выдает блоку управления информацию о текущем положении клапана. Это необходимо для того, чтобы снизить до минимальной его скорость в момент посадки в седло.

Принцип работы систе­мы показан на рисунке. Как видно из схемы ра­боты этой системы, в системе управления кла­панами полностью отсутст­вует кулачковый вал со сво­им приводом, который заме­нен электромагнитами на каждый клапан.

Рис. Электромеханический привод клапана:
1 – электромагнит открытия клапана; 2 – якорь; 3 – электромагнит закрытия клапана; 4 – клапанная пружина

Якорь электромагнита образует комбинацию с двумя пружинами для открытия и закрытия клапана. Когда к электромагнитам не подводится электричес­кий ток, пружины клапана и электромагнита держат клапан в среднем положении, соответствующем половине хода клапана, при этом он полуоткрыт, что позволяет легко прокру­чивать коленчатый вал двигателя в начальной стадии пуска. При до­стижении необходимой час­тоты вращения от блока управления поступает сигнал и в верхний электромагнит открытия по­дается электрический ток, клапан закрывается. Одно­временно осуществляется впрыск топлива.

При открывании клапана прерывается подача напряжения в верхний электромагнит.

Рис. Изменение силы тока в электромагнитах

Энергия, накопленная в верхней пружине, движет клапан вниз до тех пор, пока накопленная энергия полностью не израсходуется. Для возможности дальнейшего перемещения клапана вниз напряжение подается в нижний электромагнит и якорь, втягиваясь под действием магнитного поля, открывает клапан. При этом, учитывая потери энергии пружины в конце ее движения, в нижний электромагнит кратковременно подается ток повышенной силы, до тех пор, пока клапан полностью не откроется.

Информация для блока управления поступает от датчи­ка, расположенного на ко­ленчатом валу и фиксирую­щего его угловое положение. Для каждого клапана ком­пьютер определяет начало его открытия и закрытия, а значит и ход, в зависимости от положения коленчатого вала. Ход клапана может изменяться от нулевой величины до максимальной в зависимости от режима работы двигателя.

Система EVA разработа­на так, чтобы почти вся энергия, необходимая для пере­мещения клапана, находи­лась в пружинах. Единствен­ным требованием, предъяв­ляемым к электрической си­стеме, является компенсация энергии демпфирования пру­жин и потерь на трение в на­правляющей клапана. Вели­чина этого трения низкая, так как нет боковых сил, дей­ствующих на клапан. Электроэнергия необходима лишь только для того, чтобы использовать ее в непосредственной близости от той точки, где полностью израсходована накопленная энергия пружины. Здесь к.п.д. электромагнита должен быть наибольший, поэтому зазор между якорем и электромагнитом устанавливают минимальный.

Привод EVA осуществ­ляет движение клапана за 2,42 мс и потребляет при этом 66 Вт на каждый клапан при частоте вращения 6000 мин-1.

Открытие и закрытие клапана производится в пре­делах долей градуса поворо­та коленчатого вала. Такая точность нужна при отсут­ствии дросселирования воз­душного заряда на впуске.

Фирма Renault предлагает несколько другую систему, в которой клапаны перемещаются между двумя пружинами, с соленоидами, кото­рые обеспечивают необходимое время открытия клапанов, но потребляют столько электричества, сколько требуется для преодоления собственных механических потерь. В предлагаемой системе нет распределительного вала и его привода. Электрическая энергия экономится за счет того, что при работе системы электрическая энергия расходуется только в момент открытия клапана, а закрывается клапан пружиной. Управление системой осуществляется электронной системой управления. Мощность, необходимая для работы этой сис­темы на холостом ходу и при малых нагрузках, составляет всего 300 Вт.

Рис. Электромагнитный привод клапанов фирмы Renault

С помощью такой системы можно не только четко управ­лять временем открытия каждого клапана, но и обес­печивать получение максимальной мощности или макси­мального крутящего момента (или очень малой и эко­номичной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу). Система электромагнитного привода клапанов имеет и другие преимущества. Например, можно полностью отключать часть цилин­дров или переводить их на малую нагрузку, так что остальные будут работать более эффективно. Однако главное преимущество этой си­стемы заключается в том, что время и степень открытия кла­панов в любой момент времени могут быть оптимальными для работы двигателя, в зависимости от условий движения. Кроме этого, конструкция самого двигателя упрощается, потому что отсутствует обычный привод газораспределительного механизма: цепи, зубчатые ремни, механизм натяже­ния, шестерни и распределительные валы. При этом значительно упрощается конструкция головки блока цилиндров и исчезает потребность в подаче к ней смазочного масла, в связи с отсутствием дросселирова­ния воздушного заряда во впускном коллекторе упро­щается и его конструкция. В целом это приводит и к уменьшению размеров дви­гателя. В головке блока ци­линдров исчезают обрабаты­ваемые многочисленные гнезда и установочные по­верхности. Все это сокраща­ет ее массу на 30 %.

Единственной и главной проблемой применения электромагнитного привода является обеспечение исполнительных устройств достаточной энергией и их большие размеры. По сравнению с обычным приводом клапанов мощность генератора при электромеханическом приводе клапанов должна быть повышена на 80%. Соленоиды должны открывать клапаны с той же скоростью, что и кулачки рас­пределительного вала, а в этом случае они получаются боль­шие и тяжелые. В действительности они будут такими, если их питать от 12-вольтовой электрической системы. Однако, в настоящее время производители легковых автомобилей должны перейти на напряжение бортовой сети 36 В, с генератором, обеспечивающим напряжение 42 воль­та (современные генераторы выдают 14 вольт, снабжая сис­тему напряжением 12 вольт). При увеличении напряжения в три раза электрический ток, необходимый для питания устройств управления клапанами, становится намного меньше, и размер соленоидов значительно уменьшается таким образом, что устройство может занимать место не больше, чем обычный механизм с двумя распределительными вала­ми в головке и клапанными пружинами.

Что такое соленоид в автомобиле? Описание автомобильных соленоидов

29 октября 2021 г. 29 октября 2021 г. 1A Auto Team

1A Авто Блог Главная

Вы когда-нибудь задумывались, что такое соленоид в автомобиле? Соленоиды — это детали, управляемые электричеством, которые помогают вашему автомобилю или грузовику выполнять определенные функции. Узнайте, что такое электромагнитный клапан и для чего он нужен в легковых и грузовых автомобилях, в этой статье и видео.

Что такое электромагнитный клапан в моей машине?

Электромагнитный клапан в вашем автомобиле представляет собой механический клапан, управляемый электричеством. В среднем автомобиле есть много разных электромагнитных клапанов, которые выполняют разные функции и работают с разными системами, такими как топливная система и система EVAP.

Что делают электромагнитные клапаны?

В вашем автомобиле разные соленоиды имеют разное назначение. Они полезны для электронного управления потоком жидкостей и газов в различных системах.

Клапан продувки EVAP, например, регулирует величину вакуума, направляемого из впускного коллектора в топливный бак.

Соленоиды системы изменения фаз газораспределения (VVT) изменяют фазы газораспределения для повышения мощности и расхода топлива.

Топливные форсунки — это соленоиды, которые позволяют топливу поступать в двигатель.

Как работает электромагнитный клапан?

Открытый соленоидный клапан с медным проводом

Соленоидный клапан работает как клапан, то есть он обеспечивает подачу и остановку газов и жидкостей. Как правило, он выполнен в виде кольца катушки, окружающего плунжер или поршень. Когда через катушку протекает электрический ток, создается электромагнитное поле, которое перемещает поршень. Затем плунжер открывает или закрывает клапан, останавливая или перемещая поток жидкости или газа.

Поршень или плунжер внутри электромагнитного клапана VVT

Как починить электромагнитный клапан в автомобиле или грузовике?

Общие шаги по ремонту электромагнитного клапана

1. Снимите шланг, защелку и т. д. с электромагнитного клапана

   Ослабьте и снимите все шланги, защелки или другие крепления с электромагнитного клапана

2. 900 39 Отключите Электрические разъемы

   Нажмите на язычок на электрическом разъеме и отсоедините любой от клапана

3. Снимите клапан с кронштейна

   Если электромагнитный клапан находится в кронштейне, снимите его с кронштейна

4. Установите электромагнитный клапан на место

   Вставьте электромагнитный клапан в его кронштейн, держатель и т. д.

5. Подсоедините электрический разъем

   Подсоедините электрические разъемы на место

6. Затяните крепеж, шланги и т. д.

   Затяните все крепления или шланги к электромагнитному клапану

Научитесь заменять больше деталей, чем электромагнитный клапан в вашем автомобиле

Узнайте, как диагностировать и заменить детали на сотнях марок и моделей, и узнайте общие советы и рекомендации от наших опытных механиков в наших обучающих видеороликах.

Читать дальше Советы экспертов

• Идентификационные номера автомобилей / «VIN-номера»
• Выпускные коллекторы Vs. Заголовки
• Что такое датчик O2?
• Пробка для слива масла сорвана? Как починить и снять застрявшую сливную пробку масляного поддона
• Утечка воды в машине во время дождя? Как найти и устранить утечку воды

Магазин запасных частей и инструментов

• Тормоза и подшипник колеса
• Рулевое управление и подвеска
• Фары и освещение
• Инструменты и аксессуары

9 0002 Сводка

Электромагнитный клапан изменения фаз газораспределения (VVT)

Другие условия производителя для электромагнитного клапана VVT

Производители автомобилей, использующие соленоид VVT

Впервые разработанная Nissan в начале 90-х, электронная система изменения фаз газораспределения теперь является почти универсальной функцией серийных автомобилей, чтобы соответствовать более строгим нормам выбросов.

Технология VVT может быть обычной, но многие компании используют разные торговые марки и патенты для одной и той же системы.

Многие приложения для соленоида Spectra VVT носят другое название оригинального оборудования:

Как работает соленоид VVT?

• Соленоид VVT работает с давлением масла, используя указания от ECU для изменения вращения распределительного вала.
• Соленоид изменяет поток масла в трубопроводе, ведущем к фазовращателю(ям) распределительного вала.
• Каналы могут быть «проинструктированы» ускорять или задерживать открытие впускного клапана в зависимости от того, какой канал будет вызываться соленоидом.
• Изменение давления на впуске будет использоваться компьютером трансмиссии для оптимизации подачи топлива в камеры сгорания.

Распространенные признаки неисправности соленоида VVT

• Грубый холостой ход двигателя
• Индикатор проверки двигателя
• Пропуски зажигания двигателя под нагрузкой

Больше информации

Общие причины отказа

Загрязнения в моторном масле являются основной причиной выхода из строя системы VVT. Неисправный блок приведет к неровному холостому ходу двигателя и низкой экономии топлива. Если не заменить умирающий узел, это может привести к выходу из строя шестерни двигателя и цепи привода ГРМ.