Устройство и принцип действия регулирования фаз газораспределения ДВС на примере систем VVTi, VITEC и DubleVANOS.
Причины применения и назначение:
При работе любого двигателя внутреннего сгорания происходящие в нем процессы, (впуск, сгорание, выпуск) обладают определенной инерционностью. Поэтому клапаны открываются не точно в верхней или нижней мертвых точках, а заблаговременно. Но так как обороты двигателя меняются в очень широких пределах, скорость всасываемого воздушного потока и потока отработавших газов тоже меняются, соответственно для улучшения наполнения цилиндров свежей порцией топливо-воздушной смеси и очистки от продуктов сгорания нужно постоянно изменять момент и время открытия/закрытия клапанов. Это напрямую влияет на характеристики двигателя – крутящий момент на разных оборотах. Именно поэтому и были созданы системы изменения фаз газораспределения.
Таким образом, один и тот же двигатель можно заставить лучше «тянуть» в более широком диапазоне оборотов.
Названия систем:
Различные компании употребляют разные термины для обозначения систем регулировки фаз газораспределения. Например, у BMW – Vanos (регулировка впускных клапанов), Bi-Vanos (Double-Vanos) (регулировка впускных и выпускных клапанов). У Honda эта система обозначается аббревиатурой VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System) с различными индексами, у Cadillac, Suzuki, Toyota, Peugeot – VVT (valve variable timing), у Subaru – Active Valve Control System, у Opel – Cam-Phase.
Наиболее распространенный способ регулирования фаз газораспределения – «закручивание» распределительного вала относительно шестерни его привода. Собственно, этот механизм практически всегда располагается в ведомой шестерне привода ГРМ. Но дальше есть некоторые отличия.
У Vanos и Double-Vanos от BMW через каналы распределительного вала в корпус механизма регулирования подается моторное масло. Его количество определяется электронным блоком управления. Масло давит на пластины и проворачивает вал относительно шестерни, фактически этот механизм работает как гидромотор. В случае отказа системы давление масла уменьшается, и возвратная пружина возвращает вал в исходное положение. Подобным образом устроен и механизм поворота распредвала относительно шестерни у двигателей Opel (система Cam-Phase).
В двигателях Alfa Romeo JTS 16V используется другой механизм поворота распредвала типа «винт–гайка». На конце распределительного вала выполнена шлицевая часть, по которой может перемещаться винт–поршень. Внутри специального стакана, соединенного с шестерней привода вала, также нарезана резьба (как в гайке). Изменяя давление масла в полостях, можно перемещать винт–поршень относительно распредвала. При этом резьбовая часть винта–поршня проворачивается по резьбе стакана, и через шлицы поворачивает вал.
Системы, изменяющие относительное положение шестерни привода и распределительного вала, обладают одним недостатком. Геометрия кулачков распредвала неизменна, и они обеспечивают фиксированную высоту подъема клапана. Поэтому конструкторы BMW разработали механизм, изменяющий высоту подъема клапана, под названием Valvetronic
(в дополнение к Double-Vanos).
VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control)
Системы VTEC от Honda объединяют регулировку двух параметров одновременно. Правда, они изменяют характеристики двигателя не плавно, а ступенчато. Для этого используется следующий способ. Клапаны могут приводиться в действие не от одного кулачка на распределительном валу, а от нескольких (в некоторых модификациях на два клапана приходится пять кулачков распределительного вала, из них один – почти круглый). Профили кулачков разные. Они отличаются как высотой, так и формой. Каждому кулачку соответствует свой рычаг привода (рокер). При помощи гидравлических плунжеров, управляемых электроникой, рокеры могут соединяться в разных комбинациях, обеспечивая привод пары клапанов от одного из кулачков, или каждого клапана в отдельности.
Существует несколько модификаций VTEC, причем они могут выполнять разные задачи:
-Например, в режиме низких и средних оборотов дают наибольшую экономичность, а на больших оборотах – максимальные тяговые характеристики, или получать максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов.
-Есть разновидности, которые создают максимальную мощность при разгоне и максимальную экономичность при установившейся скорости с небольшим числом оборотов, и даже повышающие эффективность торможения двигателем при помощи закрытия всех клапанов и отключения зажигания.
-Наконец интеллектуальный VTEC (i-VTEC) дополнен еще и механизмом, регулирующим угол поворота распределительного вала впускных клапанов относительно выпускного распредвала.
DOHC VTEC
Хондовская система VTEC являет собой простой способ интегрирования нескольких профилей кулачков на одном распредвале. В частности у клапана появляется третий кулачок с большим профилем, что открывает клапан на большее время и впускает больше горючей смеси в цилиндр. Переключение между профилями управляется давлением масла, температурой и оборотами двигателя, а так же скоростью машины. При определённых оборотах двигателя, масло вталкивает блокирующий штифт в паз включая высокопроизводительный кулачок в работу. Тем самым клапаны открываются выше и на большее время, впуская в цилиндр больше горючей смеси и повышая мощность двигателя. В системе DOHC VTEC профили кулачков для низких и высоких оборотах стоят на впускных и выпускных клапанах.
SOHC VTEC
С ростом популярности и рыночного успеха, Honda выпустила упрощенную версию VTEC — SOHC VTEC. Поскольку в SOHC двигателях используется один, общий распредвал для впускных и выпускных клапанов, VTEC работает только на впускных клапанах. Причина лежит в свечах зажигания, которые расположены между двумя выпускными клапанами, делая невозможным размещение нескольких профилей кулачков.
VVT-I от TOYOTA
Система VVT-i (Variable Valve Timing intelligent - изменения фаз газораспределения) позволяет плавно изменять фазы газораспределения в соответствии с условиями работы двигателя. Это достигается путем поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных в диапазоне 40-60° (по углу поворота коленвала). В результате изменяется момент начала открытия впускных клапанов и величина времени "перекрытия" (то есть времени, когда выпускной клапан еще не закрыт, а впускной - уже открыт).Исполнительный механизм VVT-i размещен в шкиве распределительного вала - корпус привода соединен со звездочкой или зубчатым шкивом, ротор - с распредвалом.
Масло подводится с одной или другой стороны каждого из лепестков ротора, заставляя его и сам вал поворачиваться. Если двигатель заглушен, то устанавливается максимальный угол задержки (то есть угол, соответствующий наиболее позднему открытию и закрытию впускных клапанов).
Управление VVT-i осуществляется при помощи клапана VVT-i (OCV - Oil Control Valve).
По сигналу блока управления электромагнит через плунжер перемещает основной золотник, перепуская масло в том или ином направлении. Когда двигатель заглушен, золотник перемещается пружиной таким образом, чтобы установился максимальный угол задержки.
Несмотря на совершенство нынешних систем изменения фаз газораспределения, их в скором будущем могут сменить еще более интеллектуальные ГРМ с электро-, пневмо- или гидроприводами клапанов. А классический распределительный вал, очевидно, останется в истории. Экспериментальные конструкции газораспределительных механизмов с индивидуальным приводом клапанов уже есть, однако о их серийном использовании пока ни кто не заявляет.
Разгон автомобиля.
Скорость движения автомобиля часто изменяется, в частности при трогании с места и обгоне впереди идущих машин. Поэтому важнейшим динамическим свойством автомобиля является приемистость, т. е. способность его к быстрому разгону. Приемистость автомобиля влияет на среднюю скорость движения, а в условиях интенсивных транспортных потоков определяет пропускную способность дороги.
Разгон автомобиля, как правило, совершается поэтапно, начиная с низших передач с постепенным переходом на более высокие.