Меню

Установка регулятора фаз газораспределения



Для чего предназначен регулятор фаз газораспределения — Опыт эксплуатации на ABW.BY — Автор Сергей Боярских

Требования техрегламента по замене масла порой кажутся в какой-то мере надуманными, в какой-то — слишком жесткими с расчетом на некий запас и перестраховку со стороны производителя. Сюда же добавляются наше отсутствие денег или времени, чтобы вовремя обслужить автомобиль, ну, и будем откровенны — элементарные лень и забывчивость. В этой статье мы доходчиво, но тем не менее компетентно раскладываем по полочкам, почему регламент все же соблюдать необходимо, и чем закончатся (непременно «закончатся», а не «могут закончиться»!) игры с заменой масла.

При работе любого двигателя его цилиндры наполняются горючей смесью, которая затем сгорает, после чего продукты сгорания удаляются, чтобы освободить место для следующей порции горючей смеси. Эти процессы в совокупности называются газообменом.

Влияние газообмена на мощность, крутящий момент, расход топлива и токсичность выхлопных газов трудно переоценить. От того, насколько своевременно происходит газообмен, в конечном итоге зависит, что будет получено от двигателя.

Точный порядок газообмена «записан» в профиле кулачков и их угловом расположении на стержне распределительного вала. Расположение кулачков на распредвале определяет порядок работы клапанов в разных цилиндрах двигателя.

Профиль кулачка диктует, когда и как будет открываться, перемещаться и закрываться клапан, которым кулачок управляет. Моменты открытия и закрытия впускных клапанов как раз и называются фазами газораспределения, о которых знают все автомобилисты.

Что плохо — распредвал не резиновый. По причине раз и навсегда заданной формы обеспечить идеальную работу мотора он способен только в достаточно узком диапазоне скоростей вращения коленчатого вала.

Сделать кулачки с профилем, который обеспечивал бы наилучшие динамические и экономические показатели двигателя во всем диапазоне его рабочих режимов, невозможно в принципе. За попытку добиться идеального наполнения цилиндров горючей смесью и удаления отработавших газов на низких оборотах придется расплачиваться при работе двигателя на высоких оборотах и наоборот.

Компромисс тоже ведет к потерям мощности и нерациональному расходу топлива, пусть и менее ощутимым. Борьба с потерями объясняет появление в конструкции газораспределительного механизма систем, позволяющих управлять фазами газообмена в цилиндрах в зависимости от потребности на текущий момент времени.

Систем, с помощью которых можно регулировать газораспределение, придумано множество. Например, в системе VTEC, предложенной компанией Honda почти 30 лет назад, каждый отдельный клапан обслуживался сразу двумя кулачками, имеющими различный профиль. Каждый кулачок действовал на свой толкатель, а толкатели поочередно блокировались либо разблокировались при помощи внутреннего поршенька, управляемого давлением в системе смазки. В результате в зависимости от режима работы мотора кулачки через толкатели тоже воздействовали на клапана поочередно. Система была примитивной, поскольку различала лишь два режима двигателя, но Honda не останавливалась на достигнутом и постоянно модернизировала свой VTEC.

Также существуют системы, в которых вместо цельнометаллических используются составные распредвалы с подвижными кулачками, способными изменять угловое положение на стержне. Регулировать фазы можно и с помощью гидравлического натяжителя цепи, которым управляет электромагнитный клапан, изменяющий подачу масла из системы смазки в натяжитель. Правда, таким способом корректируется угловое положение только одного распредвала, коим, как правило, является распредвал впускных клапанов. В результате происходит управление лишь моментами их открытия и закрытия, а также продолжительностью перекрытия клапанов, когда в конкретном цилиндре открыты одновременно впускной и выпускной клапан.

Читайте также:  Подключение регулятора вращения дрели

Однако наибольшее распространение получили фазорегуляторы или, как их еще называют, фазовращатели. Представляют собой фазовращатели гидроуправляемые муфты, которые крепятся на концах распредвалов со стороны их привода. Корпус муфты жестко связан с приводом распредвала. Ротор в свою очередь соединен с распредвалом.

Регулирование углового положения вала производится с помощью электрогидравлического распределителя. В зависимости от команд блока управления двигателем золотник распределителя перемещается и открывает каналы, по которым масло из системы смазки под давлением поступает во внутреннюю полость муфты.

А далее все зависит от исполнения муфты. Есть муфты, в которых под действием давления масла корпус и ротор раздвигаются.

Связаны корпус и ротор косозубым шлицевым соединением, поэтому ротор, перемещаясь, еще и поворачивается вместе с распредвалом на определенный угол.

Другие муфты фазовращателей работают по принципу гидромотора. Поступающее в муфту масло давит на лопасти ротора с соответствующей стороны, чем обеспечивается поворот распредвала.

После поворота на нужный угол золотник распределителя устанавливается в положение, при котором в полостях с каждой стороны лопасти поддерживается одинаковое давление.

Фазорегуляторы могут использоваться только для распредвала впускных клапанов, однако для более точного регулирования фаз газораспределения необходимо их применение на каждом из распредвалов. Это позволяет изменять положение впускного и выпускного распредвалов независимо друг от друга.

Диапазон фазорегуляторов немал. В некоторых системах угол поворота составляет свыше 60 градусов. Электроника формирует команды путем сравнения информации, полученной от различных датчиков, с параметрами, заложенными в памяти. При выходе из строя управляющих компонентов системы изменения фаз муфта под давлением масла занимает строго определенное положение. Двигатель будет работать, но с понятными потерями в динамических и экономических показателях.

Исключение — неисправность датчика частоты вращения и положения коленвала. При прекращении подачи сигнала от этого датчика мотор останавливается и не может быть запущен вновь. Подобная ситуация возможна при выходе из строя сразу обоих датчиков положения впускного и выпускного распредвалов. В этом случае двигатель будет работать до первой остановки, но последующий запуск становится невозможным.

Позже появились другие системы, согласующие с режимом работы двигателя не только моменты открытия и закрытия клапанов, но и высоту подъема клапана из седла. Однако каким бы разным по концепции и конструкции регулирование газораспределения ни было, есть одно обстоятельство, которое уравнивает все системы независимо от их устройства.

Они работают благодаря нагнетанию и давлению масла в полости компонентов, поэтому срок службы механизмов, которые обеспечивают изменение фаз газораспределения, определяется увеличением зазоров по причине износа трущихся деталей. Увеличились зазоры — увеличились утечки масла, что ведет к падению давления и, как следствие, некорректному регулированию фаз.

Износ, как известно, может быть естественным и преждевременным. Ускоряют износ посторонние включения в масле. Помимо износа на работоспособность компонентов гидравлики, управляющей фазорегуляторами, способен повлиять шлам, представляющий собой отложения продуктов старения масла.

Со временем стареют уплотнения в фазорегуляторах. Их негерметичность опять-таки ведет к потерям масла и падению давления.

Фазорегуляторы могут выйти из строя также из-за износа и смятия установочных штифтов и фиксаторов. Подобный случай мы рассматривали в статье «Рвется, где тонко, или Каких бед натворила экономия в 8 рублей на цене фильтра». Уже одно название говорит, что и здесь не обошлось без проблем с маслом, создал которые масляный фильтр. Это очередной раз подтверждает значение качества смазки и необходимость соблюдения требований, установленных производителем двигателя к характеристикам моторного масла и своевременной замене масла и масляного фильтра.

Читайте также:  Регулятор громкости для усилителя одиссей 010

Источник

Зачем менять фазы газораспределения

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. Из-за 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.

Читайте также:  Регулятор для теплых полов danfoss

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

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 5—15 %. 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.

Источник