(498) 787-92-67
записаться на ремонт

Фазы газораспределения двигателя

Все основные характеристики двигателя внутреннего сгорания, включая мощность, крутящий момент, топливную экономичность, коэффициент полезного действия, как и качество работы ДВС, определяются рядом факторов. Один из самых важных среди этих факторов – фазы газораспределения, которые определяют момент открытия и закрытия клапанов. Они выражаются в градусах поворота коленвала. Если рассматривать классический бензиновый или дизельный 4-тактный двигатель, то управление клапанам осуществляется с помощью кулачков распредвала. Момент открытия, продолжительность и величина хода (ширина фазы) клапанов определяются профилем кулачков.

Определение фаз газораспределения

Во многих двигателях, особенно в старых моделях автомобилей, фазы газораспределения – величина стабильная и неизменная. Что служит одной из причин отсутствия оптимальной эффективности ДВС. Это связано с тем, что поведение газов в цилиндре во впускном и выпускном коллекторах зависит от режима работы двигателя. Газовая среда обладает таким свойством, как упругость. При постоянном изменении скорости течения, она подвергается колебаниям, что вызывает положительные (резонансные) или негативные (застойные) явления. Как результат, изменения режима работы двигателя влияют на эффективность и скорость наполнения цилиндров.

Сегодня автопроизводители выпускают двигатели, фазы газораспределения в которых в принудительном порядке изменяться не могут или оснащенные системой непрерывного регулирования фаз (CVVT). Такая система обеспечивает более эффективное наполнение цилиндров новой порцией газов за счет смещения момента открытия и закрытия впускного клапана.

Двигатели с неизменными фазами принадлежат к классическому типу моторов. При проектировании узла проводятся расчеты, затем экспериментальным путем подбирается требуемый вариант фаз газораспределения, что в дальнейшем реализуется при производстве двигателя.

Более современные двигатели с системой CVVT отличаются большей мощностью, высокой производительностью и почти оптимальной эффективностью. Такой результат достигается изменением продолжительности периода с момента раскрытия до момента закрытия клапанов фаз газораспределения.

ГРМ двигателя в процессе работы должен обеспечить максимально допустимую эффективность наполнения цилиндра, а затем его очистку. Выдать максимальный крутящий момент, достигнуть расчетных показателей мощности и экономичности силового агрегата возможно только при правильном подборе фаз.

Таким образом, двигатели с неизменными фазами (а таких моторов большинство) не обладают желаемой эффективностью. Поэтому у них оперативность наполнения цилиндров, которая зависит от режима работы ДВС, неодинакова.

При работе двигателя на холостых оборотах характерны так называемые узкие фазы с поздним открытием и ранним закрытием клапанов. При этом почти нет перекрытия фаз – периода, когда происходит одновременное открытие впускных и выпускных клапанов. Такой режим предотвращает попадание выхлопа во впускной коллектор и впрыска топливовоздушной смеси в выхлопную систему.

Для работы двигателя при высоких оборотах характерна ситуация с сокращением периода открытия клапанов с увеличением количества оборотов. При этом достичь требуемой мощности и количества оборотов двигателя можно только при увеличении объема газов, проходящих через цилиндры. И этот объем будет значительно больше объема при работе мотора на холостых оборотах. Это означает, что требуется ранее открытие клапанов. Широкие фазы газораспределения обеспечат более продолжительный период открытия клапанов.

Конструкторы и инженеры автопроизводителей, разрабатывая новый двигатель, должны принимать во внимание массу взаимоисключающих правил. И без компромиссов в этой работе не обойтись. Ведь требуется обеспечить хорошую тягу, как на средних, так и на низких оборотах на одной и той же фазе, а на высоких оборотах двигателя достигнуть предельной мощности. При этом нужно не забывать про топливную экономичность, устойчивую работу на холостых оборотах и снижение количества вредных выбросов.

За регулировку фаз отвечает газораспределительный механизм двигателя, состоящий из кулачкового распределительного вала (одного или двух, в зависимости от типа ДВС), клапанного механизма и ременного или цепного привода от коленчатого вала к распредвалу.

В работающем двигателе в каждом цилиндре периодически повторяются последовательные процессы (такты), которые определяют рабочий цикл ДВС. Каждому такту соответствует определенное положение клапанов на впуске и выпуске. Начало и завершение фазы определяется углом, под которым в конкретный момент времени находится коленчатый вал. Напомним, что профиль и позиции кулачков распредвала также влияют на фазы газораспределения. Будет обеспечиваться одинаковая продолжительность открытия клапанов при идентичности позиций на впуске и выпуске.

Основные фазы газораспределения

  • Впуск. Первоначальный процесс цикла. Поршень движется от ВМТ к НМТ, коленвал делает поворот на 180°. После закрытия выпускного клапана незамедлительно с опережением на 12° открывается впускной.
  • Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Коленвал делает поворот на 180° (относительно первоначального положения совершается поворот вокруг своей оси). Отвечающий за регулировку фаз газораспределения выпускной клапан остается закрытым. Впускной клапан будет открыт до момента поворота коленвала на 40°.
  • Рабочий ход. Горячая топливовоздушная смесь заставляет поршень двигаться от ВМТ к НМТ. Остается закрытым впускной клапан. Открытие выпускного клапана начинается за 42° до достижения коленчатым валом НМТ. Поворот коленвала на этом акте составляет 180° (вал повернулся по отношению к первоначальному положению на 540°).
  • Выпуск. Поршень движется от НМТ к ВМТ, при этом происходит выталкивание отработанных газов. Остается закрытым впускной клапан. Открытие начнется за 12° до ВМТ. Выпускной клапан остается открытым до момента, когда коленчатый вал достигнет ВМТ и преодолеет ее на 10°. Поворот коленвала на этом акте составляет 180° (вал повернулся по отношению к первоначальному положению на 720°).

Запаздывание и опережение срабатывания клапанов

Запаздывание или опережение срабатывания клапанов по отношению к моменту достижения поршнем мертвых точек необходимо для достижения оптимальной наполняемости цилиндров и их дальнейшей полной очистки от отработанных газов. Приведем пример с впускным клапаном. Открытие клапана происходит до момента достижения поршнем ВМТ в диапазоне от 5° до 30°. Таким способом обеспечивается большая эффективность при нагнетании в камеру сгорания новой порции топливовоздушной смеси.

Закрытие клапана с определенным опозданием (поршень уже достиг ВМТ) позволяет наполнять цилиндры топливом по инерции. Это называется инерционным наддувом.

Выпускной клапан открывается с некоторым опережением в диапазоне от 40° до 80° раньше момента достижения поршнем НМТ. Благодаря этому под собственным давлением отработанные газы полностью покидают камеру сгорания. Однако закрытие выпускного клапана происходит уже с опозданием – это обеспечивает удаление выхлопа по инерции, что необходимо для максимально эффективной очистки цилиндра.

Разные двигатели имеют отличающиеся характеристики, соответственно, различаются и углы запаздывания и опережения. Например, у более производительных и мощных моторов они больше, значит, речь идет о широких фазах газораспределения. Перекрытием клапанов называется период, когда происходит одновременное их открытие.

Размер перекрытия обычно составляет около 10°. Перекрытие продолжается очень короткий промежуток времени, при этом раскрытие клапанов минимально. Это сводит к минимуму риски утечки топлива. Особенно важен этот момент при работе двигателя на высоких оборотах, потому что удается добиться максимальной эффективности наполнения и очистки цилиндров.

Способы регулировки фаз газораспределения (система CVVT)

Изменение фаз газораспределения может потребоваться при разных режимах работы двигателя. В качестве примера приведем движущийся на высокой скорости по шоссе автомобиль. Понятно, что в двигатель в этом случае должен поступать значительный объем воздуха. Однако, если ДВС оснащен нерегулируемым газораспределительным механизмом, закрытие клапанов происходит раньше того момента, когда в камеру сгорания поступает нужный объем воздуха. Это снизит эффективность работы ДВС. Вопрос решается путем применения различных методов изменения фаз.

Первоначально автопроизводители предусматривали регулировку фаз газораспределения в несколько этапов. Такой подход давал возможность менять продолжительность фазы в зависимости от достигнутых в конкретный момент двигателем характеристик. Позже начали внедрять бесступенчатые системы изменения фаз газораспределения. Подобные системы работают плавно и позволяют достичь оптимальных настроек.

Самой популярной стала система сдвига фаз, известная как CVVT. Принцип работы основан на регулировке поворота распредвала по отношению к коленвалу. Другими словами, меняется угол поворота. При сохранении длительности фазы стало возможным обеспечить сдвиг момента открытия или закрытия клапанов. Продолжительность фазы, в случае необходимости, стали изменять путем использования в конструкции узла нескольких кулачков. При этом могут использоваться специальные колеблющиеся кулачки. Максимальную точность работы регулятора фаз газораспределения обеспечивают контроллеры, датчики и другие вспомогательные механизмы. Выпускаются устройства с гидравлическим приводом или с электроуправлением.

Подводим итоги

Системы регулировки газораспределительного механизма производители начали разрабатывать из-за необходимости соблюдения строгих экологических стандартов. Оптимизация фаз дает возможность достичь минимальных показателей содержания в выхлопе отработанных газов, без чего сегодня автомобиль просто не допустят на рынок.



© 2025 Все права защищены.
ЮниВебРазработано компанией Юнивеб
Карта сайта