Сдвиг по фазе. Часть III

Начало в № 3,5/2018

В заключительной части статьи рассмотрены конструктивные и функциональные особенности управляемых систем газораспределения двигателей Honda последнего поколения.

Следующим шагом в развитии регулируемых газораспределительных механизмов автомобильных двигателей Honda стало создание системы i-VTEC. Впервые она появилась в 2001 году и применялась на двигателях с двумя распределительными валами, которые приводились во вращение малошумящей пластинчатой цепью Морзе. Фигурирующая в названии системы буква «i» означает intelligent, т.е. «умный». «Умная» система управления газообменом объединила в себе преимущества работающих ступенчато VTEC-механизмов с возможностью плавного изменения фаз газораспределения впускных клапанов. Первоначально система i-VTEC представляла собой комбинацию двух устройств: одного из вариантов VTEC и механизма плавного регулирования фаз VTC (Valve Timing Control), работающих согласованно по командам электронного блока управления двигателем (ЭБУ).

Плавное регулирование фаз газораспределения достигается поворотом впускного распредвала относительно приводящей его во вращение шестерни, или так называемой звездочки. При этом изменяется момент открытия и закрытия впускных клапанов, что дает возможность управлять величиной перекрытия. Стоит подчеркнуть, что система VTC не оказывает воздействия на время открытого состояния клапанов и высоту их подъема. Эти задачи решаются с помощью механизма VTEC.

Исполнительный механизм VTC – актюатор – гидравлическое устройство, состоящее из корпуса и размещенного внутри него четырехлепесткового ротора. Корпус жестко связан с приводной звездочкой, ротор – с впускным распредвалом. Между профилированными поверхностями корпуса и ротора есть свободные пространства. Расположенные на роторе и корпусе подпружиненные пластины разделяют их на полости, в которые подается масло из системы смазки двигателя. При равенстве давлений в полостях взаимное положение звездочки и впускного распредвала остается неизменным.

При нарушении равенства распредвал будет поворачиваться относительно зубчатой звездочки в ту или иную сторону, чем достигается опережение или запаздывание срабатывания впускных клапанов. В пусковом режиме, когда давления масла еще нет, распредвал находится в крайнем положении, соответствующем самому позднему открытию и закрытию клапанов (минимальное перекрытие), и фиксируется в нем подпружиненным штифтом. После запуска двигателя под действием давления масла штифт разблокирует механизм, и он начинает действовать по командам ЭБУ. Внутри ГБЦ, на торцах обоих распредвалов, установлены датчики углового положения, по сигналам которых блок управления определяет взаимное положение впускного и выпускного распредвалов. В зависимости от режима работы двигателя ЭБУ вырабатывает команды для электромагнитного клапана, регулирующего давление масла в полостях актюатора. Поворотом впускного распредвала удается изменять фазы работы впускных клапанов в диапазоне до 50° угла поворота коленвала.

Рассмотрим более подробно, на каких режимах и как изменяется положение впускного распредвала.

1. Режим низких оборотов и малых мощностей.

Распредвал смещается в сторону запаздывания. Перекрытие клапанов уменьшается, снижается выброс отработавших газов во впускной коллектор. Этим достигается устойчивая работа двигателя на низких оборотах и бедных смесях.

2. Режим средних оборотов и умеренных мощностей.

Распредвал смещается в сторону опережения. За счет внутренней рециркуляции отработавших газов в период перекрытия клапанов уменьшаются насосные потери. Вследствие раннего закрытия впускных клапанов снижается обратный выброс топливовоздушной смеси во впускной коллектор, что приводит к увеличению наполнения цилиндров и крутящего момента на валу двигателя.

3. Режим высоких оборотов и больших мощностей.

Угол поворота впускного распредвала регулируется исходя из условия обеспечения максимального наполнения цилиндров при текущей частоте вращения двигателя.

В системах i-VTEC для двухвальных двигателей совместно с устройством VTC могут применяться разные варианты VTEC-механизмов. В экономичных версиях моторов это, как правило, VTEC-E (работают один или два впускных клапана, фазы выпускных клапанов не регулируются). В этом случае мощность 2-литрового мотора обычно составляет 150–160 л. с. В мощностных моторах применяется DOHC VTEC (регулируются фазы и впускных, и выпускных клапанов), что позволяет снимать с 2-литрового атмосферного мотора около 200 л. с., укладываясь при этом в самые строгие экологические нормы. Мощностной потенциал такой системы достаточно велик. Если снять экологическую «уздечку» и повысить обороты, то, не меняя «железа», только программными средствами можно довести мощность двигателя до 230–240 л. с.

Со временем аббревиатура i-VTEC прижилась и приобрела более широкий смысл. Наименование i-VTEC получили «умные» системы газораспределения последнего поколения, несмотря на то что они принципиально отличаются от первоначального варианта по конструкции, алгоритму работы и назначению. Так, в 2006 году на «сивиках» 8-го поколения появился двигатель объемом 1,8 л с новым вариантом системы i-VTEC, обеспечивающим топливную экономичность и уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу. Двигатель оснащен ГРМ с одним распредвалом (SOHC) и четырьмя клапанами на цилиндр. Механизм газораспределения работает в двух режимах, которые можно условно назвать нормальным и экономичным. В нормальном режиме фазы газораспределения таковы, что достигается компромисс между мощностью, формой кривой крутящего момента и экономичностью. В экономичном режиме увеличивается продолжительность фазы впуска. Для этого один из впускных клапанов закрывается на 63° позже, чем в нормальном режиме. Что при этом происходит?

Обычно впускные клапаны закрываются вскоре после того, как поршень проходит НМТ и начинает движение вверх. Это позволяет избежать выброса уже поступившей в цилиндр смеси во впускной коллектор. Именно для этого в рассмотренном выше двухвальном двигателе с системой i-VTEC в диапазоне средних оборотов и умеренных мощностей впускной распредвал доворачивают в сторону опережения. В новой системе все перевернуто с ног на голову – в то время как один впускной клапан закрывается, второй остается открытым еще в течение 63° угла поворота коленвала.

Все это время поршень движется вверх, вытесняя часть топливовоздушной смеси через открытый клапан из цилиндра обратно во впуск. Казалось бы, абсурд, но, оказывается, в этом кроется глубокий смысл.

Во-первых, выброс части смеси в фазе сжатия эквивалентен уменьшению степени сжатия, что способствует снижению насосных потерь в двигателе и, как следствие, повышению топливной экономичности. Во-вторых, вытесненная топливовоздушная смесь вновь попадает в цилиндр в следующей фазе впуска, но уже трижды пройдя через зазор между тарелкой клапана и его седлом. При этом топливо и воздух лучше перемешиваются, да и времени на испарение топлива в этом случае больше. Это позволяет двигателю устойчиво, без пропусков воспламенения работать на бедных смесях.

Механизм переключения клапанов новой i-VTEC устроен идентично традиционным VTEC-системам. Для управления парой впускных клапанов используются три кулачка и три коромысла. В нормальном режиме клапаны приводятся в действие от крайних кулачков.

При активировании системы i-VTEC один из клапанов переключается на работу от среднего кулачка, профиль которого обеспечивает запаздывание его закрытия. Для этого одно из крайних коромысел жестко соединяется со средним при помощи блокирующих штифтов, которые перемещаются под действием давления масла. Для перехода в экономичный режим нужно подать давление масла в один масляный канал вала коромысел, для возврата в нормальный режим – в другой канал. При отсутствии давления масла штифты под действием пружин перемещаются в положение, соответствующее нормальному режиму.

Экономичный режим включается тогда, когда можно экономить, а именно:

– в диапазоне оборотов двигателя от 1000 до 3500 мин‑1;

– на прогретом до 60 °C двигателе и при скорости автомобиля свыше 10 км/ч;

– при движении на передачах выше 3-й для МКПП и выше 2-й – для АКПП;

– когда дроссельная заслонка открыта на угол менее 22° (свидетельство того, что водитель не намерен увеличить крутящий момент двигателя).

Во всех остальных режимах работы двигателя фазы газораспределения будут нормальными.

Поскольку экономичный режим работы двигателя отличается от нормального меньшим наполнением цилиндров, для него характерны более низкие значения крутящего момента. Если не предпринять никаких мер, то при переходе с экономичного на нормальный режим и обратно автомобиль будет испытывать резкое ускорение или замедление. Чтобы исключить это негативное явление, в двигателе применена система DBW, которая в момент смены режимов автоматически изменяет угол открытия электронно-управляемой дроссельной заслонки. По положению педали акселератора электроника рассчитывает крутящий момент на валу двигателя и определяет, как надо изменить угол поворота дросселя, чтобы после перехода на другой режим момент остался неизменным. При переходе на экономичную работу дроссельная заслонка приоткрывается, что также способствует снижению насосных потерь и еще большему уменьшению расхода топлива. При включении нормального режима дроссель прикрывается для сохранения прежнего наполнения цилиндров.

Ранее в автомобильных двигателях Honda для определения количества поступающего воздуха использовалась информация об абсолютном давлении во впускном коллекторе (MAP-сенсор), положении дроссельной заслонки, температуре воздуха и частоте вращения коленвала. В моторах с новой системой i-VTEC эти методы не обеспечивали достаточной точности из-за больших пульсаций давления, вызванных обратным выбросом смеси и резким изменением положения дросселя. Поэтому в дополнение к уже существующим датчикам был установлен термоанемометрический расходомер воздуха. Использование разных способов определения количества поступающего в двигатель воздуха позволило повысить точность дозирования топлива.

«Интеллигентные» системы регулируемого газораспределения применяются и на двигателях автомобилей Honda с гибридными силовыми агрегатами. Они несколько отличаются от обычных в силу особенностей работы гибридных силовых установок. Один из специфических режимов работы гибридных агрегатов – регенерация энергии при торможении автомобиля. В отличие от обычных автомобилей, кинетическая энергия которых при торможении преобразуется в тепло, выделяющееся в тормозных механизмах и зонах контакта шин с дорогой, и безвозвратно рассеивается в пространстве, «гибриды» обладают способностью частично преобразовывать ее в электроэнергию и накап­ливать в аккумуляторах. Запасенная энергия вновь используется при последующем ускорении автомобиля (потребляется электродвигателем), чем достигается весомая экономия топлива. В процессе торможения колеса «гибридомо-биля» через трансмиссию вращают коленчатый вал ДВС и ротор электрического агрегата, работающего в режиме генератора. Чем меньшее сопротивление вращению оказывает коленвал двигателя, тем больше электроэнергии сможет выработать генератор. По соображениям безопасности разрыв кинематической связи между двигателем и трансмиссией не желателен. В таком случае снизить потери энергии на вращение двигателя удается, отключив клапаны нескольких или даже всех цилиндров.

Первые серийные двигатели Honda, в которых был реализован описанный ранее способ снижения потерь энергии, оснащались одновальными ГРМ с двумя клапанами на цилиндр. Механизм регулирования не изменял фазы газораспределения, а лишь отключал клапаны трех цилиндров при торможении. При этом один цилиндр оставался в работе. С 2006 года на Civic Hybrid устанавливается 4-цилиндровый одновальный 8-клапанный двигатель с рабочим объемом 1,3 л и новой системой регулирования клапанов, которая также носит название i-VTEC. Для управления впускным и выпускным клапанами в каждом цилиндре используются пять коромысел. Два электромагнитных клапана переключают подачу масла, которое поступает по трем каналам, проходящим внутри вала коромысел.

Такая конструкция позволяет реализовать три режима работы клапанов. В первом (VTEC Low) фазы впускных клапанов оптимизированы для низких оборотов и нагрузок. Во втором режиме (VTEC High) впускные клапаны переключаются на широкие фазы и большую высоту подъема клапанов, увеличивая наполнение цилиндров на высоких частотах вращения. Третий режим (Cylinder Idle) включается при торможении. Впускные и выпускные клапаны всех четырех цилиндров выключаются, оставаясь в закрытом положении. Большая часть тормозного момента, передаваемого от колес через трансмиссию, направляется к ротору генератора, что увеличивает регенерацию электроэнергии. Отключение цилиндров ДВС также происходит в случае, когда автомобиль движется с небольшой скоростью, для поддержания которой достаточно мощности электродвигателя.

Более чем 20-летний опыт компании Honda в разработке, производстве и эксплуатации двигателей с изменяемыми фазами газорас­пределения позволяет создавать моторы с требуемыми характеристиками для самого разного применения. Практически все выпускаемые компанией автомобильные двигатели, за исключением моторов малых кубатур, оснащаются системами изменения фаз газораспределения. Встречаются и мотоциклетные двигатели Honda с системой VTEC. Новые лодочные моторы, мощностью от 90 до 225 л. с., имеют варианты комплектации с регулируемыми ГРМ. Системы регулируемого газообмена VTEC и i-VTEC помогают всем этим, таким разным по назначению и конструкции, моторам сочетать высокую удельную мощность, экономичность и экологическую чистоту с эксплуатационной надежностью и большим ресурсом.

• Сергей Самохин
• Евгений Тимофеев

Фазы газораспределения двигателя автомобиля — что это такое и диаграмма

Работа двигателя автомобиля зависит от фаз газораспределения, то есть от открытия — закрытия впускных и выпускных клапанов. Расскажем что такое фазы газораспределения и покажем диаграмму работы. Зачем нужны и как увеличить мощность авто при помощи них.

Что это такое

Фаза газораспределения — это период от момента открытия клапанов до момента их закрытия. Выражается в градусах поворота коленчатого вала. Их задача — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От оптимально подобранных фаз зависит экономичность мотора, мощность, развиваемый момент.

Влияние на работу мотора

В большинстве двигателей фазы меняться не могут. КПД таких моторов не отличается высокой эффективностью. Из-за этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

Для работы на холостом ходу уместны узкие фазы с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия (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 машины.

При работе на максимальной мощности ситуация меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов сокращается, но для обеспечения высокого крутящего момента через цилиндры необходимо прогнать больший объём газов, чем на холостом ходу. Как решить эту задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими.

При разработке двигателей авто конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований. Посудите сами. С одними и теми же фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. Плюс устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным, экологичным.

Изменяемые фазы газораспределения

Если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы мотора?

Один из способов это применение фазовращателя. Это специальная муфта, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов. Как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Инженеры разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами.

Например, система VVTL-i после достижения 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 обеспечивает больший ход. При раскрутке коленвала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в 6000—6500 об/мин у двигателя открывается «второе дыхание». Оно способно придать автомобилю резкий подхват при ускорении.

Изменение высоты подъёма

Такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. Экономия от применения системы бездроссельного управления составляет от 8% до 15%, прирост мощности в пределах 5—15 %.

Несмотря на то, что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать выше — за счёт скорости их открытия. Правда, механический привод заменяется электромагнитным.

Электромагнитный привод

Подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия менять в очень широких пределах. Электроника согласно программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Делается это в целях экономии, например, на холостом ходу или при торможении двигателем. Электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный.

Дальнейшее увеличение эффективности работы мотора автомобиля за счёт ГРМ — невозможно. Выжать больше мощности с того же объёма при меньшем расходе можно будет с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия.

Фазы газораспределения

Все знают, что распредвалы это очень важный элемент тюнинга и тем более спортивного мотора. Многие часто слышали о фазах, времени открытия клапанов и т.д. Очень часто, многие могли слушать разговоры типа: а какой мне лучше поставить распредвал 264 или 272, а может 290. На самом деле, это разговор ни о чем.

Распредвалы бывают разные — сток, тюнинг, тюнинг-спорт, полный спорт (кольцо, драг), турбо… У них разные задачи и цели. У всех у них разный диапазон работы. Грубо, возьмём DOHC мотор. Тюнинговый вал с фазами 25-65/70-20 (duration 270) улучшит характеристики мотора с небольшой потерей на низких оборотах, диапазон работы 2500-7200 оборотов. Более широкий вал, который возможно использовать на машине, не предназначенной только для гонок будет 40-70/75-35 (duration 290) — 4000-8200 оборотов. Если возьмём мотор SOCH, то 280 duration (тюнинг вал) не плохо работает в режиме 2500-6600 оборотов, а 310 duration — 4000-7800 это, наверное, уже оптимальный максимум для полного спорта.

Те, кто действительно желает в этом вопросе разобраться, предлагаю забыть то что я выше написал.

Что бы лучше все это понять давайте виртуально увеличим мощность, к примеру, стандартного 2.0 литра Дуратек мотор Форд фокус, который в стоке имеет мощность 145 лошадиных сил.

Представьте, мотор — это черный ящик, к которому подведены две трубы, в одну подается топливо, а в другую воздух. В черном ящике топливо смешивается с воздухом, сжимается, поджигается, короче происходит реакция, в следствии чего выделяется энергия и на выходе эта проделанная работа (момент)передается на коленвал.

Количество энергии зависит от массы сгоревшего топлива и его калорийности. Но для повышения мощности мы не можем просто увеличить подачу топлива т.к. для полного сгорания его, необходимо 14.6 частей массы воздуха (на 1 единицу массы топлива 14.6 единиц массы воздуха). У нас нет проблем с увеличением топлива, но вот с подачей воздуха, если мы не собираемся подключить к черному ящику компрессор, есть определенные трудности.

1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль. или это равняется 1 Дж = 1 кг•м²/с² = 1 Н•м. С учетом того что в нашем черном ящике при сгорании топлива выделятся энергия и конечно производится работа — коленвал передает момент, для того, чтобы это перевести в момент (усилие передается через плечо) то мы можем просто работу *на 2Пи (2*3.14159), потом разделим на количество оборотов в секунду и получим момент.

ИЛИ МОЩНОСТЬ (кВт) = МОМЕНТ (N-M) * N (обороты двигателя в секунду) /159.2

ИЛИ

МОЩНОСТЬ = МОМЕНТ * 2Пи * N

или

не пугайтесь этого уравнения, сегодня мы из него рассмотрим только 2 значения (этого будет достаточно для понимания сути), остальное пусть будет неизменным

Для чего я все это написал. Главное, чтобы Вы поняли от чего зависит момент и мощность:

Момент зависит от количества выделенной энергии при сгорании топлива (конечно пока опустим всевозможные потери, эффективность, калорийность, КПД — не в этом суть). А количество топлива напрямую зависит от поступившего воздуха.
Мощность зависит от момента и оборотов двигателя. Если момент останется неизменным, но мы повысим обороты то мощность возрастет.

Есть такое понятие объёмная эффективность VE (Volumetric efficiency), это значение равняется массе воздуха, поступающего в двигатель по отношению к его рабочему объёму. Мотор дюратек, это современный с хорошей ГБЦ (головкой блока цилиндров) DOCH. В стоке, его максимальное VE равняется 95% в точке максимального момента. Это значит, что максимум в двигатель попадает только 95% от объёма 2 литра. Вообще VE оно не постоянно для двигателя, на моторе Дюратек на 2000 оборотах оно равняется 84% потом растёт до своего максимума 95% и начинает опять понижаться, на 6500 уже 88%, а на 7500 всего 75%.

Так как же нам повысить мощность на этом моторе? Если вы просто будете крутить ваш мотор, то мощность от этого только уменьшится т.к. VE (Volumetric efficiency) уменьшатся и после 6000 оборотов падение коэффициента наполнения составляет ниже 88% — это как объём Вашего мотора с повышением оборотов уменьшится.

Да конечно можно установить нагнетатель воздуха, можно физически увеличить размер мотора (рабочий объём), но сегодня будем делать по-другому. Давайте для начала просто передвинем VE (Volumetric efficiency) с точки максимального момента, скажем на 6500 оборотов. Раньше у нас там было значение 88%, следовательно, оно станет 95%. В результате мы без проблем получим 170 сил на 6500 оборотах (не плохо).

Вообще какие бывают максимальные значения объёмной эффективности у атмосферных моторов? Современные 4 клапана на цилиндр моторы: 92-95%. Тюнинг легкий до 105%. NASCAR — 110%. Моторы со свободным впуском (Weber карбюраторы, заслонка на каждый цилиндр) отличный выпускной коллектор -110-115%. Гоночный мотор — 120-125%.

Что влияет на VE (Volumetric efficiency)? почему она на сток машинах такая не большая (2 клапана на цилиндр максимум 80-85%) на сток моторах:

— Потери в системе впуска, чем больше всевозможных препятствий, изгибов тем больше потери. На турбо моторах (из-за интеркулера, пайпинга) нормальное явление потери в пределах 0.2 бара, если сравнить эффективность турбо мотора 4 клапана на цилиндр, без учета избыточного давления, то оно составим не более чем на моторе с 2 клапанами на цилиндр.

— Повышение температуры поступающего воздуха и как следствие уменьшение плотности воздуха и конечно его массы.

— цилиндры не полностью очищаются от отработанных газов, их объём может составлять более 5%. Соответственно уменьшатся в таком же количестве и поступление свежего воздуха.

— Обратное давление в системе впуска

Если сложить все эти потери, то они составят намного больше чем 5%, которых нам не достает до 100% на моторе форд фокус. А вот за это и отвечает настройка системы впуска/ выпуска и распредвал. На сток моторах она настроена на режим круиз и максимального момента. Поэтому именно там обычно и есть максимальные значения VE (Volumetric efficiency).

Ну вот, теперь поговорим о распредвалах. Что и зачем вообще распредвал в моторе делает? делает он простую и не сложную работу — открывает и закрывает в нужный момент клапана. Чтобы лучше понять его работу давайте вспомним что значит 4 тканый мотор.

Все очень просто: 1 такт — впускной, 2 такт — сжатие, 3 такт — рабочий ход и 4 такт — выпуск.

Теперь добавим к этим 4 тактам еще 4 очень важных процесса:

Впускной клапан открыт — ВКО
Выпускной клапан открыт — ВыКО
Впускной клапан закрыт — ВКЗ
Выпускной клапан закрыт — ВыКЗ

Но чтобы понять, как добиться 125% VE (Volumetric efficiency) на атмосферном моторе этого нам мало. Поэтому рассмотрим 7 тактов (событий) которые связаны между собой, которые отвечают за наполняемость цилиндров, за все процессы, связанные с воздухом и газами.

ПРОЦЕСС 1 — ВПУСК (ВСАСЫВАНИЕ) (INTAKE PUMPING)

Начинается сразу после того как выпускной клапан закрывается (ВыКЗ) в момент перекрытия клапанов (overlap) несколько градусов после верхней мертвой точки ВМТ цилиндра. Впускной клапан (ВК) уже частично открыт и быстро двигающийся поршень вниз начинает всасывать топливо воздушную смесь через впускной канал. Поршень набирает скорость и где-то около 75* после ВМТ достигает своего максимума и поэтому в цилиндре создается низкое давление. ВК полностью открывается около 108* (градусов) после ВМТ. Процесс впуска (всасывания) заканчивается, когда поршень останавливается в своей нижней мертвой точке (НМТ). В это момент ВК все еще полностью открыт.

ПРОЦЕСС 2 — ВПУСК (УТРАМБОВКА) (INTAKE RAMMING)

Начинается в момент, когда поршень меняет свое направление, начинает двигаться вверх, но при этом ВК начинает закрываться. Топливно-воздушная смесь продолжает поступать в цилиндр (утрамбовываться). С движением поршня вверх, давление в цилиндре начинает возрастать, но смесь продолжает поступать. Около 60* после НМТ ВК закрывается и на этом этот процесс заканчивается. Это одно из важнейших событий благодаря которому удается увеличить VE (Volumetric efficiency) до 110% в современных гоночных моторах.

Необходимо этот процесс обсудить более подробно.

Здесь важны два момента: вовремя закрыть впускной клапан, пока возрастающее давление в цилиндре не начало превышать давление в впускном канале и как следствие выталкивать свеже поступившую топливовоздушную смесь обратно.
Организовать давление как можно больше и дольше во впускном тракте цилиндра.

Это называется инерционный тюнинг или organ pipe tuning, Принцип работы органа (музыкальный инструмент). Для доходчивости я воспользуюсь не совсем верным методом объяснения, но зато очень понятным. Надеюсь все помнят, что такое слинки, это такая игрушка

Вот примерно так ведут себя и газы, жидкости в трубах, это как бы пневмапружина. Воздух, газ или топливовоздушная смесь имеет массу, а значит и кинетическую энергию. Если мы потянем за один край этой игрушки, то со временем этот пульс дойдет и до другого края. Так и воздух, он разгоняется в впускном канале, соответственно имеет инерцию, он не может сразу остановится, за волной разряжения обязательно последует волна давления. Чем быстрее мы организуем скорость потока в канале, тем больше воздуха поступит в цилиндр т.к. будет больше давление. Воздух будет поступать в цилиндр до тех пор, пока давление в канале будет выше чем в цилиндре и вот тут главное вовремя закрыть канал, чтобы поршень, идущий вверх (при этом повышающий давление в цилиндре) не начал выталкивать воздух.

На скорость потока заряда влияет скорость поршня (обороты двигателя), проходное сечение впускного тракта (канал и ранер) и тормозящие процессы, вызванные сопротивлением. Теперь становится понятно, что если мы увеличим канал, установим большего размера клапан то скорость потока уменьшится, кинетической энергии будет меньше — меньше давление, меньше поступит воздуха — меньше мощность. Но если мы увеличим скорость поршня за счет увеличения оборотов двигателя, то тем самым добьемся компромисса. Закон простой — уменьшаем диаметр или увеличиваем обороты двигателя — повышаем скорость потока (воздушного заряда) НО ПРИ ЭТОМ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ СОПРОТИВЛЕНИЕ и на оборот.
Длина определят момент, когда процесс должен произойти. Длиннее ранер с каналом — дольше время необходимо для волны — меньше обороты двигателя и наоборот.

ПРОЦЕСС 3 — СЖАТИЕ

Здесь все просто. Начинается после закрытия ВК в то время пока поршень продолжает двигаться вверх сжимая при этом топливовоздушную смесь в цилиндре. Заканчивается в момент, когда свеча зажигает смесь — где-то 30 градусов перед ВМТ. Для постройки гоночного мотора — Ваша задача добиться наименьшего оптимального угла опережения зажигания. Много есть способов (в другой раз)

ПРОЦЕСС 4 — ЗАЖИГАНИЕ И РАСШИРЕНИЕ

маленькое отступление. Кто не знает, я много лет не живу в России и технический русский язык плохо знаю, поэтому много использую английские выражения. Просьба — если что не так, то поправьте.

Fuel Burning and Expansion. Процесс начинается сразу после зажигания, поршень продолжает двигаться вверх. Температура и давление повышается. пик приходится на 12-15 градусов после ВМТ. Это большое давление давит на верх поршня и толкает его вниз, газы продолжают расширятся. Процесс заканчивается сразу после того как выпускной клапан начинает открываться (exhaust valve cracks open) где-то 120* после ВМТ.

ПРОЦЕСС 5 — EXHAUST BLOWDOWN (ПРОДУВКА)

Начинается сразу после того, как выпускной клапан начинает открываться (exhaust valve cracks open) как раз в этот момент и происходит этот звук (который мы потом заглушаем). температура и давление все еще в цилиндре высокое, часть смеси продолжает еще гореть. В данный момент, при таком высоком давлении система выпуска не настраивается (продувка все снесёт на своем пути). Процесс важный (поговорим позднее), раньше открыл меньше мощность (эффект как от настройки опережения зажигания) … Заканчивается в момент, когда поршень достигает НМТ.

ПРОЦЕСС 6 — EXHAUST PUMPING (ОТКАЧКА)

Откачка. очень похож на ПРОЦЕСС 1 -. Только в обратном направлении. Начинается в момент, когда поршень меняет свое направление и начинает двигаться вверх. Выпускной клапан продолжает открываться и достигает своего максимума где-то 70* после НМТ. Поршень набирает свою максимальную скорость около 105* после НМТ. Выпускные газы благодаря процессу продувки уже не имеют такого высокого давления. Поршень выталкивает через выпускной канал и при этом разгонят отработанные газы, они опять начинают набирать кинетическую энергию. Процесс заканчивается в момент, когда впускной клапан начинает открываться где-то около ВМТ.

ПРОЦЕСС 7 — перекрытие (OVERLAP)

Процесс начинается, когда ВК открывается, а выпускной еще не закрыт. Очень важный процесс (рассмотрим внимательнее позднее). Процесс заканчивается в момент, когда выпускной клапан полностью закрывается.

В это момент настраивается два процесса для очищения и наполнения цилиндра. Цель создать давление на впуске и разрежение на выпуске.

Поршень разогнал выпускные газы, они набрали энергию и поэтому даже когда поршень начинает свое движение вниз, в выпускном коллекторе давление меньше чем в цилиндре и поэтому продолжается процесс высасывания, очищение камеры сгорания, цилиндров. Также это низкое давление помогает всасывать свежий заряд через открывающейся ВК. Часть этого заряда остается в цилиндре, а часть выходит с отработанными газами (очищение, ну и правда повышенный расход вам будет обеспечен)

Выпуск здесь необходимо настроить — организовать скорость потока в выпускных каналах, ранерах. Пик разрежения (и как следствие точка максимального момента или мощности) определяется длиной. С пиком здесь можно поиграть. Можем его сделать очень сильным или » размазать». За это отвечает коллектор, точнее его размер, длина, да или просто наличие. Скажем на дрегстерах часто можно встретить просто трубы от каждого цилиндра в воздух.

Но на этом настройка в 7 процессе не заканчивается. Здесь появляется еще один вид — резонансный тюнинг в момент открытия впускного клапана.

Как только выпускной клапан закрывается нам необходимо добиться чтобы в впускном канале образовалось давление. поймать, настроится на одну из волн, амплитуд с положительным экстримом. Это похоже на эхо, вот его нам и надо настроить.

Если все сделать правильно то можно добиться эффективной наполняемости до 130%.

К ПРИМЕРУ: если мы продолжим делать наш мотор форда дюратек. ГБЦ у него не плохая, впускной клапан 35 мм (это с потенциалом до 8200 оборотов двигателя) . Нет, не будем сильно модернизировать. Поршневая сток позволят крутить мотор до 7200 оборотов. Но для безопасности поменяем только шатунные болты на усиленные и тем самым сдвинем порог до 7700 оборотов. Теперь установим хорошие дросселя (свободный впуск) скажем проверенный и хорошо себя зарекомендовавший кит от Jenvey. Изготовим выпускной специально настроенный коллектор и конечно всю систему выпуска поменяем. Установим новые распредвалы. И без проблем мы получим 220 сил на 7200 оборотах, обыкновенном бензине, можно и больше, но это обороты повышать.

Распредвал часть 2

Автор: Владимир Шарандин

 

Системы изменения фаз ГРМ: типы и особенности работы

Известно, что продолжительность цикла открытия и закрытия клапана и оптимальные его значения зависят от режима работы мотора. Система автоматического управления ГРМ, с одной стороны, способствует лучшей работе мотора в режиме холостого хода, увеличению мощности и крутящего момента двигателя, а с другой стороны, позволяет снизить уровень токсичности отработавших газов и обеспечить их рециркуляцию. При этом система изменения фаз ГРМ оптимизирует работу двигателя без внедрения каких-либо конструктивных изменений. Современные моторы помимо системы автоматического управления фазами ГРМ могут оснащаться также и системой отключения цилиндров, которая позволяет снизить расход топлива и уменьшить токсичность выхлопа при неполной нагрузке на мотор. Изменение фаз ГРМ может осуществляться или поворотом распредвала, или с помощью кулачков разнообразного профиля, или же варьированием высоты подъема клапана.

В современном автомобилестроении чаще всего для изменения фаз применяется схема изменения поворота распредвала. Такую схему можно встретить, например, на автомобилях BMW, она называется Vanos (Double Vanos), на машинах марки Toyota (VVT-i или Dual VVT-i). Разработчики Honda применяют систему VTC (Variable Timing Control). На машинах концерна Volkswagen AG используется традиционная и хорошо знакомая всем система изменения фаз ГРМ – VVT (Variable Valve Timing) с гидроуправляемыми муфтами (по одной муфте на каждый распредвал). 

От Single VANOS к Duble VANOS

Систему VANOS (Variable Nockenwellen Steuerung) создали разработчики из BMW совместно со специалистами компании Continental Teves. Принцип работы системы: изменение положения распредвала относительно коленвала, за счет чего и осуществляется регулировка фаз ГРМ. Первое поколение системы VANOS использовалось с начала 90-х годов. Отличительная особенность Single VANOS в том, что относительно коленвала регулируется только положение впускного распредвала. Такое решение позволило увеличить крутящий момент мотора в режиме низких оборотов, улучшило наполняемость цилиндров, стабилизировало работу холостого хода, а также способствовало снижению расхода топлива. С середины 90-х годов разработчики BMW внедрили систему Double VANOS, которая позволила регулировать положение двух распредвалов, и это благотворно отразилось и на крутящем моменте двигателя, и на его мощности. При этом при работе системы Double VANOS удалось реализовать процесс дожига небольшой части выхлопных газов (в зависимости от режима работы мотора они направляются обратно в выпускной коллектор), что также улучшило экологические показатели автомобилей. Слабое место системы – уплотнительные кольца поршней, которые зачастую приходят в негодность в условиях перепада температур и перестают обеспечивать герметичность системы.

Такие гидроуправляемые муфты соединены с системой смазки силового агрегата. Работой всего узла «руководит» блок управления двигателя, который формирует свои команды на основе анализа данных о частоте работы коленвала, нагрузках на него, изменениях температурного режима. Блок управления посылает соответствующий сигнал, и масло из системы смазки двигателя поступает в муфты, а они поворачивают распредвалы с учетом полученных команд.  

В системах, в которых используются кулачки различного профиля, изменение фаз ГРМ осуществляется за счет ступенчатого изменения продолжительности открытия и высоты подъема клапана. Подобные системы применяются в двигателях автомобилей Honda (VTEC), Mitsubishi (MIVEC) и других. Например, в двигателе VTEC на каждые два клапана распредвала приходится по три кулачка – два малых и один большой. Малые кулачки запускают в работу пару впускных клапанов в режиме невысоких оборотов коленвала. Задача большого кулачка – перемещать свободное коромысло в холостом режиме. Высота подъема клапанов минимальна, а фаза ГРМ имеет небольшую продолжительность. Переключение с одного режима работы на другой осуществляется бесступенчато за счет системы управления, оснащенной блокирующим механизмом с гидравлическим приводом. При этом переключение происходит всякий раз, когда коленвал достигает заданной частоты вращения. Увеличение хода клапанов и, как следствие, увеличение фазы осуществляются за счет совместной работы малых и большого кулачков, которые, будучи соединенными стопорным штифтом, подают усилие на впускные клапаны. Отметим, что такая «кулачковая» система имеет ряд объективных недостатков – бесступенчатую смену режимов, а также сложную с конструктивной точки зрения схему блокировки.

Если говорить о более эффективных решениях для изменения фаз ГРМ, стоит упомянуть систему регулирования высоты подъема клапанов. И здесь стоит говорить о разработке BMW – системе Valvetronic, первой в своем роде системе управления фаз газораспределения с использованием регулировки высоты подъема клапана. Причем Valvetronic работает только на впускных клапанах. Принцип работы такой системы основан на кинематической схеме, именно она позволяет изменять ход клапана. Эксцентриковый вал работает от электродвигателя через червячную передачу. Вал изменяет положение промежуточного рычага, который направляет коромысло по заданной траектории, по соответствующей траектории перемещается и клапан. При этом высота подъема клапана изменяется непрерывно (в зависимости от режима работы мотора).

И хотя система изменения фаз газораспределения – это весьма надежный и долговечный узел, его эксплуатация во многом зависит от качества моторного масла и соблюдения интервалов его замены. Наличие в масле примесей, а также использование масла ненадлежащей вязкости могут оказать негативное воздействие на работу системы.

К числу наиболее типичных неполадок в работе системы изменения фаз ГРМ можно отнести неполадки в муфте распредвала впускных клапанов, которые проявляются в виде стука от верхней части мотора, возникающего после «холодного» пуска. Сильный шум от привода системы может указывать также на неполное включение стопорного штифта привода системы изменения фаз газораспределения.

Valvetronic – залог экологичной работы

В ответ на ужесточение экологических норм и в поисках решений для снижения токсичности выхлопа автомобиля разработчики BMW создали систему Valvetronic. Ее стали внедрять в первой половине 2000-х. Конструктивной особенностью Valvetronic стало отсутствие дроссельной заслонки, которая, как известно, способствует увеличению расхода топлива и повышения токсичности выхлопа. Разработчики предложили альтернативу – механизм, который позволяет поднимать клапан в ограниченном диапазоне. Работа Valvetronic обеспечивает снижение расхода топлива даже в режиме интенсивной работы мотор, приятным бонусом стало увеличение динамики хода автомобиля, а также его приемистость. 

Что такое система изменения фаз газораспределения

Эффективность работы любого ДВС, КПД двигателя, показатель мощности, моментная характеристика и топливная экономичность напрямую зависят от ряда факторов. Одной из важных составляющих в списке являются фазы газораспределения. Ответить на вопрос, что такое фазы газораспределения двигателя, можно следующим образом. Под такими фазами стоит понимать своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов.

Большинство современных ДВС все более активно получают систему изменения фаз газораспределения, хотя еще около 20 лет назад массово доступный четырехтактный двигатель данной системы не имел. В обычном моторе клапаны открываются благодаря воздействию на них кулачков распределительного вала. Форма профиля кулачка распредвала определяет момент и продолжительность открытия клапана.

Указанные параметры составляют так называемую ширину фазы газораспределения.  Дополнительным параметром также является величина хода клапана (высота его подъема). Стоит учитывать, что топливно-воздушная смесь и отработавшие газы во впуске, в цилиндре ДВС и на выпуске ведут себя не одинаково, что зависит от различных режимов его работы. Скорость течения динамично изменяется, появляются колебания газовых сред, которые приводят к резонансам или застою. Все это влияет на эффективность наполнения цилиндров и их продувки на разных режимах работы силового агрегата.

Фиксированные фазы газораспределения заставляют конструкторов ДВС проектировать мотор так, чтобы присутствовала уверенная тяга в диапазоне низких и средних оборотов, но при этом оставался запас мощности для поддержания набранной скорости и дальнейшего ускорения автомобиля при выходе ДВС на режимы около зоны максимальных оборотов. Дополнительно необходимо обеспечить устойчивую работу силового агрегата на холостом ходу, эластичность на переходных режимах, а также экономичность и экологичность силовой установки. Если фазы газораспределения фиксированы, то улучшение одних параметров закономерно повлечет ухудшение других. Для решения этой задачи была разработана система изменения фаз газораспределения, которая гибко и динамично изменяет основные параметры работы ГРМ зависимо от того режима, в котором работает двигатель в определенный момент.

Система изменения фаз газораспределения VVT (англ. Variable Valve Timing) создана для динамичной корректировки рабочих параметров механизма газораспределения. Данное управление осуществляется с учетом различных режимов работы силового агрегата. Использование указанной системы регулировки фаз газораспределения позволяет добиться повышения мощности мотора и моментной характеристики. Система VVT обеспечивает экономию горючего, а также снижает токсичность выхлопных газов в процессе работы двигателя.

Система изменения фаз газораспределения влияет на основные параметры работы газораспределительного механизма. К таким параметрам относят моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, длительность времени открытия клапана и высоту его подъема. Указанные параметры представляют собой в итоге фазы газораспределения, так как от них зависит продолжительность такта впуска и выпуска, что выражается тем углом, на который повернут коленчатый вал двигателя по отношению к мертвым точкам (ВМТ и НМТ) во время движения поршня в цилиндре. Форма кулачка распределительного вала определяет фазу газораспределения, так как указанный кулачок оказывает прямое воздействие на впускной или выпускной клапан ГРМ.

Содержание статьи

Для чего необходима система изменения фаз газораспределения

Для достижения наибольшей эффективности применительно к динамично изменяющимся режимам работы ДВС необходима различная величина фаз газораспределения. В режиме холостого хода наиболее рациональными становятся «узкие» фазы газораспределения, под которыми понимается позднее открытие и ранее закрытие клапанов. При этом исключается перекрытие фаз, под которым понимается время одновременного открытия впускного и выпускного клапана. Это необходимо для того, чтобы исключить попадание выхлопных газов во впуск и выброс топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор.

Выход мотора на режим максимальной мощности означает повышение оборотов, так как распредвал крутится быстрее и время открытия клапанов сокращается. Для того чтобы не терялась мощность и крутящий момент на высоких оборотах сохранялся, в двигатель должно поступать намного больше топливно-воздушной смеси, а выпуск отработавших газов должен быть реализован максимально эффективно. Задача решается путем раннего открытия клапанов и увеличения времени их открытия, делая фазу «широкой». Фаза перекрытия также расширяется до максимума с ростом оборотов, что необходимо для качественной продувки цилиндров.

Если мотор работает на низких оборотах, нужны максимально короткие фазы газораспределения. Это означает, что время открытия клапанов должно быть минимальным по продолжительности, обеспечивая так называемые «узкие» фазы. Высокие обороты двигателя требуют полной противоположности в виде «широких» фаз газораспределения. Время открытия клапана должно быть увеличено до максимума, параллельно обеспечивая такты впуска и выпуска, а также эффективное перекрытие.

Сам кулачок распредвала имеет форму, которая способна обеспечить как реализацию узкой, так и широкой фазы. Проблема заключается в том, что фиксированная форма кулачка не позволяет одновременно добиться узких и широких фаз газораспределения. Получается, форма кулачка подобрана с расчетом на возможный оптимальный баланс между высоким показателем крутящего момента на низких оборотах ДВС и максимальной мощностью агрегата в режиме высокой частоты вращения коленчатого вала. Система изменения фаз газораспределения позволяет намного более гибко изменять эти параметры, буквально «подстраивая» ГРМ  под конкретный режим работы двигателя для достижения лучшей отдачи от мотора и топливной экономичности.

Системы изменения фаз газораспределения представлены несколькими видами. Главные отличия заключаются в тех и или иных параметрах регулировки ГРМ в процессе его работы.  Сегодня используются следующие решения для управления фазами газораспределения:

• система поворота распредвала;
• кулачки распредвала с различным профилем;
• система изменения высоты подъема клапанов;

Система на основе гидроуправляемой муфты

Широкое распространение получили системы изменения фаз газораспределения, принцип работы которых основан на осуществлении поворота распредвала. К таким схемам управления фазами газораспределения относят: японскую систему VVT-i, Dual VVT-i, решение немецкого концерна BMW под названием VANOS, Double VANOS, схему VVT от Volkswagen, управление фазами газораспределения VTEC от Honda, систему CVVT брендов Hyundai, Kia и концерна GM, регулировку фаз VCP от Renault и т.д.

Работа указанных выше систем основывается на небольшом повороте распредвала по ходу его вращения. Такой способ позволяет добиться раннего открытия клапанов сравнительно с их базовым начальным положением. Данный тип систем изменения фаз газораспределения конструктивно состоит из специальной муфты, которая управляется гидравлическим способом, а также дополнительной системы управления указанной муфтой. Гидроуправляемая муфта среди автомехаников получила название фазовращатель.

Поворот распредвала осуществляется при помощи электроники управления и гидравлики, а сама система чаще всего затрагивает только впускные клапаны. Рост оборотов ДВС приводит к тому, что фазовращатель осуществляет проворот распредвала по ходу его вращения, впускные клапана открываются раньше и цилиндры намного более эффективно наполняются рабочей смесью в режиме высоких оборотов.

Получается, гидроуправляемая муфта реализует поворот распредвала ГРМ. Данная муфта конструктивно включает в себя:

• ротор, который соединен с распредвалом;
• корпус, которым выступает шкив привода распредвала;

В определенные полости, которые расположены между ротором и корпусом-шкивом, попадает моторное масло из системы смазки ДВС. Масло в муфту подается по особым каналам. Когда моторное масло заполняет одну или другую полость муфты, осуществляется поворот ротора по отношению к корпусу. Этот поворот ротора означает, что и распределительный вал будет повернут на необходимый угол.

Чаще всего местом установки гидроуправляемой муфты становится привод того распределительного вала, который отвечает за работу впускных клапанов. Встречаются также конструкции ДВС, когда подобные муфты-фазовращатели стоят как на впускном распредвале, так и на выпускном. Данное решение позволяет  шире и эффективнее регулировать параметры работы ГРМ на впуске и выпуске, но усложняет механизм.

Электронное управление автоматически регулирует работу гидроуправляемой муфты. Система такого управления включает в себя:

• группу входных датчиков;
• электронный блок управления;
• список исполнительных устройств;

Система управления получает показания от датчика Холла, который производит оценку положения распредвалов. Дополнительно задействованы  и другие датчики, которые используются ЭБУ для управления работой всего двигателя.

К таковым относят датчик, измеряющий частоту вращения коленвала, температурный датчик охлаждающей жидкости (ОЖ), датчик расхода воздуха и другие. Сигналы от этих датчиков подаются в ЭБУ, который после отправляет соответствующий сигнал на  специальное управляющее (исполнительное) устройство.

Таким устройством, на которое воздействует электронный блок управления двигателем, является электромагнитный клапан (электрогидравлический распределитель). Клапан представляет собой распределитель, который при необходимости открывает доступ потоку моторного масла к гидроуправляемой муфте, а также реализует отвод масла от фазовращателя. Это зависит от того, в каком режиме работает силовой агрегат.

Данная схема изменения фаз газораспределения с использованием муфты задействуется в момент работы двигателя на холостом ходу, (мотор работает на самых низких оборотах), в режиме максимальной мощности на высоких оборотах, а также в том режиме, когда осуществлен выход ДВС на максимум крутящего момента.

Система ступенчатого изменения фаз газораспределения

Эволюция систем изменения фаз газораспределения позволила инженерам не только осуществлять сдвиг фаз, но и эффективно выполнять их расширение и сужение. Следующим типом систем изменения фаз газораспределения являются решения, основанные на использовании кулачков  распредвала разной формы. Благодаря такому способу удается достичь ступенчатого изменения момента времени, на который открывается клапан, а также изменить саму высоту подъема клапанов. В списке подобных систем находится VVTL-i от автогиганта Toyotа, VTEC японской Honda и MIVEC от Mitsubishi, решение от Audi под названием Valvelift System и другие.

Указанные системы похожи друг на друга как конструктивно, так и по принципу действия. Немного отличается только немецкая Valvelift System. Наибольшую известность получила системаVVTL-i, VTEC и MIVEC. В основе таких систем изменения фаз газораспределения находятся кулачки с различным профилем, а также система управления. Распределительный вал в таких системах управления фазами газораспределения выполнен так, что имеет сразу два кулачка малого размера, а также один кулачок большего размера. Меньшие кулачки при помощи специального рокера (коромысла) соединяются с впускными клапанами. Большой кулачок отвечает за перемещение одного незадействованного коромысла.

Такая система изменения фаз газораспределения позволяет переключаться с малых кулачков на большой зависимо от режима работы ДВС. Переход между режимами достигается благодаря тому, что происходит срабатывание специального механизма блокировки. Указанный блокирующий механизм основан на гидравлическом приводе.

Когда мотор работает на низких оборотах и при незначительной нагрузке, впускные клапаны приводятся в действие малыми кулачками распределительного вала, фазы газораспределения  в таком режиме имеют небольшую продолжительность (узкая фаза).

Если двигатель раскручивается до определенных оборотов, система управления активирует механизм блокировки. В результате происходит соединение коромысел малых и большого кулачков, что обеспечивает жесткость конструкции. Соединение происходит при помощи особого стопорного штифта, а усилие на впускные клапаны начинает поступать от единственного большого кулачка. Малые кулачки распредвала на высоких оборотах двигателя становятся неактивными.

Существующие разновидности систем VTEC могут иметь сразу три режима регулирования ГРМ. В данной модификации на низких оборотах ДВС работает один малый кулачок распредвала, который осуществляет открытие только одного впускного клапана. Два маленьких кулачка задействуются в режиме средних нагрузок и оборотов двигателя, обеспечивая открытие двух впускных клапанов. Большой кулачок вступает в действие при выходе силовой установки на режим оборотов, приближенных к максимальным.

Система изменения фаз газораспределения I-VTEC, которая представлена производителем Honda, объединила в себе главные преимущества решений как VTC, так и VTEC. Регулирование по трем ступеням обеспечивает существенную экономию топлива. При низкой частоте вращения половина впускных клапанов практически не имеет активности. Увеличение частоты вращения до уровня средних оборотов подключает дезактивированные клапаны, но высота их подъема не подразумевает полного открытия.

Выход на режим максимальных оборотов заставляет впускные клапаны работать от центрального кулачка большого размера. Указанный кулачок имеет особый профиль, который специально подобран для достижения максимального подъема клапанов, что означает повышение отдачи от ДВС на мощностных режимах работы агрегата. Такой подход значительно расширил возможности управления параметрами ГРМ для эффективного регулирования работы двигателя на различных режимах.

Если рассмотреть пример с системой VVTL-i от Toyota, то после выхода мотора с таким решением на обороты около 6000 об/мин стандартный кулачек распредвала исключается из работы и замещается кулачком с измененным профилем. Указанный кулачек обеспечивает дугой алгоритм работы клапана, сдвигает (расширяет) фазу и увеличивает высоту его подъема. На практике это будет означать, что при выходе мотора на режим высоких оборотов у двигателя появится резкий прирост тяги, необходимый для обеспечения дальнейшего уверенного разгона.

Схема работы системы VVTL-i строится на следующем алгоритме. Время открытия и высота подъема впускных клапанов регулируется аналогично другим решениям. Когда мотор работает в режиме оборотов до 6000 об/мин, тогда воздействие на клапан осуществляет меньший кулачок распредвала, который оказывает нажатие на рокер и таким образом открывает клапана. После набора оборотов выше заданной отметки управлять открытием клапанов начинает высокий кулачок с особым профилем. Для его активации специальный сухарь под давлением масла перемещается.

За своевременную подачу моторного масла по специальной магистрали в точно необходимый момент отвечает система управления. Давление масла и перемещение сухаря позволяет кулачку распредвала через специальный шток, который до этого находился в свободном положении, начать воздействовать на клапан посредством коромысла.

Система регулирования высоты подъема клапана

Дальнейшее развитие систем изменения фаз газораспределения привело к появлению сложных решений, которые основаны на управлении высотой подъема клапанов. Новатором в данной области стала компания BMW, представившая систему под названием Valvetronic на своих моторах в 2001 году.

Регулирование высоты подъема клапана дополнительно позволило исключить из схемы дроссельную заслонку применительно к основным режимам работы ДВС. Наличие заслонки заметно снижает эффективность наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью в режиме низких и средних оборотов. Причина кроется в том, что во впускном коллекторе (в области дросселя) в процессе работы ДВС возникает разрежение. Топливно-воздушная смесь в таких условиях разрежения становится инертной, цилиндры наполняются менее эффективно, реакция на нажатие педали газа теряет остроту и становится замедленной.

Лучшим решением данной проблемы становится механическое открытие впускного клапана на такой момент времени, который необходим для эффективного наполнения цилиндра рабочей топливно-воздушной горючей смесью. Продолжительность фазы впуска (впускной фазы) в системах регулирования высоты подъема клапана изменяется зависимо от того, как сильно была нажата педаль газа. Система бездроссельного управления позволяет заметно экономить топливо (до 15% сравнительно с другими решениями), а также повышает мощностную характеристику на 10 % и более.

Конструктивно ГРМ в таких системах способен управлять работой силовой установки на разных режимах. На похожем принципе основываются также решения Valvematic от Toyota, решение VEL компании Nissan, VTI от Peugeot и другие. Что касается системы изменения высоты подъема клапана Valvetronic, возможность управления данным параметром реализована благодаря специальной кинематической схеме. Решение Valvetronic ставится на впускные клапаны. Традиционная конструкция, которая включает в себя кулачок распредвала, рокер (коромысло) и клапан, получила развитие в виде установки дополнительных элементов.

 

Система имеет эксцентриковый вал, а также промежуточный рычаг. Указанный эксцентриковый вал начинает вращаться при помощи усилия, которое создает электродвигатель посредством червячной передачи.

Такое вращение эксцентрикового вала оказывает воздействие на промежуточный рычаг, в результате чего изменяется его положение (происходит смещение точки опоры). Смена положения заставляет коромысло двигаться так, чтобы переместить (открыть) клапан точно на необходимую величину.

Система изменения высоты подъема клапана работает постоянно, а высота подъема клапанов напрямую зависит от того или иного режима работы силового агрегата. Клапана могут подниматься в переделах от 0,2 до 12 мм. Система VEL от компании Ниссан обеспечивает высоту подъема клапана в рамках от 0,5 до 2 мм.

Электромагнитный привод клапана

Сегодня конструкторы ДВС практически полностью используют потенциал ГРМ. Проектируется максимально возможное количество клапанов на цилиндр, а сами размеры клапана достигли своего предела. Но эволюция двигателя на данном этапе продолжается. Улучшить наполняемость и продувку цилиндров двигателя можно также за счет скорости, с которой возможно реализовать открытие и закрытие клапанов. Речь идет о ГРМ, в котором клапана имеют электромагнитный (электромеханический) привод, который заменяет механический с электронным управлением. Более того, распределительный вал в таком ГРМ полностью отсутствует.

Электромагнитный привод ГРМ получил название EVA (англ. Electromagne­tic Valve Actuator) и позволяет изменять фазы газораспределения максимально широко. Система с электромагнитным приводом может открывать только нужные клапана (что аналогично управляемому отключению цилиндров), причем делать это в точно определенный момент зависимо от режима работы ДВС. Решение способно экономить топливо на холостом ходу, в момент торможения двигателем и т.п. Количество попадающего в цилиндр двигателя воздуха регулируется временем открытия впускного клапана.

 

Сама длина хода клапана не является регулируемым параметром. Клапан крепится за счет пружины, а также имеет якорь. Такой якорь электромагнитного клапана размещен между двумя электромагнитами определенной мощности. Задачей таких электромагнитов становится удержание клапана в том или ином крайнем положении.

Точность положения, в котором необходимо осуществить фиксацию клапана, определяется предназначенным для этого отдельным датчиком. Снижение  разрушительных нагрузок на электромагнитный ГРМ в момент приближения клапана к его крайней точке (особенно в момент посадки клапана в седло) осуществляется благодаря «торможению» клапана.

Читайте также

Распредвал ВАЗ 2112 Нуждин 9,00 (фаза 290)

Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт

Системы регулирования фаз

Содержание статьи

Назначение систем регулирования фаз

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.

Поворот распредвала

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:

• Две гидроуправляемые муфты (другое название – фазовращатели), установленные на впускном и выпускном распределительных валах. Обе муфты подключены через корпус механизма газораспределения к системе смазки двигателя. Муфты состоят из встроенного в звездочку вала наружного корпуса и неподвижно соединенного с валом ротора. Корпус и ротор могут смещаться относительно друг друга
• Корпус механизма газораспределения, установленный на головке блока цилиндров двигателя. Внутри корпуса проходят каналы для подвода и отвода масла к обеим муфтам поворота распределительных валов.
• Два электрогидравлических распределителя. Эти распределители установлены на корпусе механизма газораспределения. Они служат для регулирования подвода масла из системы смазки двигателя к обоим фазовращателям.

Сдвиг фаз VVTСостав системы VVTУправление системой VVTФазовращательРаботы системы VVT

Управление 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.

Переключение фаз

Устройство системы VTEC

Такими 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 VTEC

Для тех, кто не изучал английский:-)
At low engine speeds – При низких оборотах двигателя
At higher engine speeds – При высоких оборотах двигателя
Low valve lift – Низкий подъем клапанов
High valve lift – Высокий подъем клапанов
Disengaged – Отключено
Synchronizing 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.

Плавное (бесступенчатое) регулирование

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 MultiAirСистема MultiAirВозможности системы MultiAir

В 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.

Техническая школа AutoZine

ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА АВТОЗИН Распредвал VVT Распредвал VVT самый простой и дешевый и наиболее часто используемый механизм на данный момент. Однако его прирост производительности также наименьший, действительно очень хороший. В основном, он изменяет фазы газораспределения, сдвигая фазовый угол распредвалы. Например, на высоких оборотах распредвал впускных клапанов будет вращаться. заранее на 30 ° для более раннего приема.Это движение контролируется системой управления двигателем в соответствии с потребностями и приводится в действие шестернями гидрораспределителей. Обратите внимание, что VVT с фазированием кулачка не может изменять продолжительность открытия клапана. Это просто позволяет раньше или позже открыть клапан. Ранее открытие приводит к раньше закрытие, конечно. Он также не может изменять высоту подъема клапана, в отличие от кулачковый VVT. Однако распредвал VVT — самый простой и дешевый. форма VVT, потому что каждому распределительному валу требуется только одна гидравлическая фаза привод, в отличие от других систем, которые используют индивидуальный механизм для каждый цилиндр. Непрерывный или дискретный Более простые системы VVT с фазированием кулачка предлагают только 2 или 3 фиксированных угла фазирования, например 0 ° или 30 °. Лучшие системы могут варьировать фазовый угол непрерывно. Очевидно, это обеспечивает наиболее подходящие фазы газораспределения. на любых оборотах, что значительно увеличивает гибкость двигателя. Более того, переход плавный и малозаметный, способствуя уточнение. Сегодня непрерывные системы превратили дискретные системы в вымирание. Впускной и выпускной Некоторые конструкции, такие как система BMW Double-Vanos, имеют VVT с фазированием кулачка на как впускной, так и выпускной распредвалы.Это дает возможность большего перекрытия, следовательно более высокая эффективность. Это объясняет, почему BMW M3 3.2 (100 л.с. / литр) больше эффективнее своего предшественника M3 3.0 (95 л.с. / литр) с VVT ограничены впускными клапанами. В E46 3-й серии Double-Vanos переключает впуск и выпуск распределительный вал в диапазоне 40 ° и 25 ° соответственно. Преимущество Дешевый и простой, непрерывный VVT улучшает передача крутящего момента во всем диапазоне оборотов. Недостаток Отсутствие регулируемого подъема и регулируемого клапана продолжительность открытия, следовательно, меньшая максимальная мощность, чем у VVT с кулачковым переключением. Кто им пользуется? Сейчас большинство автопроизводителей. Пример: BMW Vanos / Double Vanos Из этого изображение, легко понять его работу. Конец приема распредвал имеет зубчатую резьбу.Нить соединена колпачком, который может двигайтесь по направлению к распределительному валу и от него. Поскольку резьба шестерни не параллельно оси распределительного вала фазовый угол сместится вперед, если крышка сдвигается к распредвалу. Точно так же снимая колпачок от распределительного вала приводит к сдвигу фазового угла назад. Толчок или толчок определяется гидравлическим давлением. Есть 2 камеры рядом с крышкой, заполненные жидкостью (эти камеры окрашены в зеленый и желтый цвета соответственно на картинке) A тонкий поршень разделяет эти 2 камеры, первая жестко крепится к крышка.Жидкость попадает в камеры через электромагнитные клапаны, которые контролирует гидравлическое давление, действующее на каждую камеру. Например, если система управления двигателем сигнализирует клапан в зеленой камере открываются, затем гидравлическое давление действует на тонкий поршень и толкает последний, вместе с крышкой, по направлению к распределительному валу, таким образом смещает фазовый угол вперед. Непрерывное изменение времени легко реализуется путем размещения колпачок на подходящем расстоянии в соответствии с частотой вращения двигателя. Система Vanos работает только с впускным распредвалом. Однако это может быть удвоен на выпускном распредвале, чтобы обеспечить более широкий диапазон корректирование. BMW называет это Double Vanos или Bi-Vanos. Другой Например: Toyota VVT-i Макрос иллюстрация фазирующий привод Toyota VVT-i (система регулируемых фаз газораспределения — интеллектуальная) расширяется к все большему количеству моделей Toyota, от крошечного Yaris (Vitz) до Supra.Его механизм более-менее такой же, как у BMW Vanos. Это также бесступенчатая конструкция. Однако слово «Интеллектуальный» подчеркивает интеллектуальную программу управления. Не только меняет время в зависимости от оборотов двигателя, но и учитывает другие такие параметры, как ускорение, подъем или спуск.

Деактивация цилиндра и фазирование кулачка

Сегодня в легковых легковых автомобилях, оснащенных бензиновыми двигателями, мы обнаруживаем некоторую деактивацию цилиндров, но гораздо более сильное присутствие фазировки клапанного механизма.Обе стратегии реализуются при работающем двигателе и могут улучшить экономию топлива, обеспечивая при этом достаточный запас мощности для водителей …

В 1981 году деактивация цилиндров впервые появилась на двигателях General Motors Cadillac V-8, которые могли работать с 4, 6 или 8 цилиндрами. Относительно примитивное электронное управление, плохое управление двигателем и технические ограничения привели к многочисленным жалобам водителей, поэтому он был снят с продажи. Позже, в 2004 году, Chrysler предложила обновленную версию этой технологии, обозначенную как MDS (Multi Displacement System), на своих более крупных двигателях V-8 с толкателем, таких как 5.Hemi V-8 7 литров для легковых автомобилей. Версия General Motors впервые появилась в 2005 модельном году и первоначально называлась Displacement on Demand, но теперь называется системой Active Fuel Management. Система работает только при легких нагрузках. При получении сигнала от электронного контроллера двигателя электромагнитный клапан управления типом направляет смазочное масло двигателя на модифицированные толкатели впускных и выпускных гидравлических клапанов для 4 из 8 цилиндров. Кроме того, топливные форсунки получают команду на отключение для этих целевых цилиндров.Таким образом, каждый целевой цилиндр будет иметь закрытые выпускные и впускные клапаны после рабочего такта, задерживая выхлопные газы. Затем поршень сжимает и расширяет фиксированный объем газа, как пружина. Деактивированный цилиндр не производит мощности, но помогает экономить топливо — увеличение миль на галлон (миль на галлон) на 5-8 процентов по сравнению с федеральной процедурой испытаний Агентства по охране окружающей среды (EPA). Четыре рабочих цилиндра в V-8 будут работать тяжелее и эффективнее с более широко открытой дроссельной заслонкой. По запросу питание быстро восстанавливается на неактивные цилиндры.Эту технологию проще и дешевле реализовать с толкателем / гидравлическими подъемными клапанами по сравнению с более сложными клапанными механизмами с верхним кулачком (OHC) с гидравлическими толкателями кулачка. Заявленная стоимость запчастей производителя оригинального оборудования (OEM) составляет примерно 100 долларов США или меньше. Компания Honda внедрила эту технологию, обозначенную как Active Cylinder Management, в свои бензиновые двигатели SOHC V-6 с помощью соленоидов, которые блокируют и разблокируют кулачковые толкатели. Однако при отключенных 3 из 6 цилиндров двигатель работает заметно грубее, и Honda применила активные электрические опоры двигателя, чтобы противостоять более высокой вибрации, а также активное шумоподавление в салоне.У Daimler есть версия этой технологии под названием Active Cylinder Control, которую он использовал в своих бензиновых двигателях V-12, начиная с 2001 года.

Поскольку стоимость оборудования снизилась с увеличением объема агрегата, фазировка кулачка, которая представляет собой форму переменной фаз газораспределения (VVT), стала популярной и доступной технологией экономии топлива и сокращения выбросов, которая обеспечивает удовлетворительную передачу мощности и крутящего момента. кулачки будут иметь мягкую базовую настройку с ограниченным перекрытием клапанов (когда впускные и выпускные клапаны открыты) и ограниченной мощностью с лучшей экономией топлива и минимальными выбросами.Получая сигналы от контроллера двигателя (вызванные быстрым нажатием на педаль акселератора водителем), гидравлические фазовращатели могут непрерывно вращать распределительный вал вперед и назад. В фазовращатели, содержащие внутренние лопатки, подается моторное смазочное масло под давлением под управлением электрического клапана управления маслом. Существует фазировка впускного кулачка как минимум (и, возможно, выпускного кулачка) в его ведущей звездочке в диапазоне приблизительно 50 градусов для изменения фаз газораспределения. Может быть выбрано закрытие клапана раньше или позже.

Расширенное / повернутое положение камеры обеспечивает большее перекрытие клапанов для улучшения дыхания при более высоких оборотах в минуту (об / мин). Фактически, водитель временно переключается на «гоночную камеру», увеличивая подачу мощности. Экономия топлива также достигается за счет лучшего объемного КПД. К сожалению, может быть задержка (возможно, ½ секунды или более) до того, как гидравлический фазовращатель кулачка завершит вращение. Состояние моторного смазочного масла (в том числе: увлеченный воздух — пенообразование, вязкость, чистота и давление в трубопроводе) может существенно повлиять на производительность и быстродействие фазовращателя.Водители, использующие моторное масло неправильного сорта / вязкости, могут нарушить работу фазовращателя. Такая же уязвимость к состоянию моторного масла существует и для систем деактивации гидроцилиндров. Инициирование и скорость фазировки кулачка, по-видимому, зависят от скорости изменения положения педали акселератора. То есть медленное и ограниченное движение педали не приведет к вращению фазера кулачка, в то время как быстрое падение на пол заставит все двигаться быстро. Чтобы решить проблему медленности фазирования кулачков гидравлического / моторного масла, Delphi анонсировала в марте 2011 года полностью электрический e-Phaser с трехкратной скоростью, за дополнительную плату.

На рынке существуют и другие варианты VVT, в которых не используется фазировка поворотных кулачков, например VTEC от Honda (представленный в 1980-х годах), который, в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, быстро переключает подъемники клапана OHC между 2 кулачками для каждого клапана, лепестки имеют разные профили для синхронизации и подъема. Современные индивидуальные приводы клапанов с электронным управлением разрабатываются для бескулачковых бензиновых двигателей легковых автомобилей. (Электромагнитные, электрогидравлические, электропневматические приводы).Они могут непрерывно изменять фазы газораспределения, а также подъем, регулировать продолжительность клапана и отключать цилиндры без использования моторного масла. Однако внедрение этих технологий будет ограничено их высокой стоимостью и огромными потребностями в вычислительной мощности.

Как работает система изменения фаз газораспределения

Новые автомобили сбивают с толку. Со всеми компьютерами, датчиками и гаджетами может показаться, что под капотом происходит какое-то волшебное колдовство.Мы здесь, чтобы показать вам, как работают современные автомобильные компьютерные системы управления. В прошлый раз мы рассмотрели электронную систему управления дроссельной заслонкой. Сегодняшняя тема: Регулировка фаз газораспределения.

Раньше впускные и выпускные клапаны автомобиля открывались на определенную величину в определенный момент четырехтактного цикла и на определенное время. Это было так просто. В настоящее время, однако, многие двигатели могут изменять не только время открытия своих клапанов, но и то, насколько они открываются и как долго, то есть новые автомобили могут изменять фазы газораспределения, подъем клапана и продолжительность работы клапана.Давайте посмотрим, как все это работает. Для многих из вас это обзор, но если мы хотим, чтобы новое поколение автолюбителей заботилось об автомобилях, не помешает объяснить, как они на самом деле работают.

РЕГУЛЯТОР ВРЕМЕНИ КЛАПАНА

G / O СМИ могут получить комиссию

Схема из Wikimedia Commons

Типичный впускной и выпускной клапаны двигателя открываются через кулачки на распределительном валу. В двигателях с двумя верхними распредвалами есть отдельные распределительные валы для выпускных и впускных клапанов.Эти распределительные валы изготовлены из закаленного железа или стали и соединены с коленчатым валом с помощью зубчатых ремней, цепей или шестерен. Поскольку современные бензиновые двигатели включают четырехтактный цикл, это означает, что распределительные валы поворачиваются один раз на каждые два оборота коленчатого вала. Чтобы усилить этот момент, рассмотрим такт впуска двигателя. Впускной клапан открыт, то есть выступ распределительного вала прижимается к толкателю кулачка и открывает клапан. Давайте проследим движение кулачка и сравним его с движением коленчатого вала.

При открытом впускном клапане поршень движется вниз к нижней мертвой точке. Когда двигатель достигает нижней мертвой точки, коленчатый вал поворачивается на 180 градусов. Затем поршень перемещается вверх, чтобы сжать топливную смесь. Когда поршень достигает верхней мертвой точки, коленчатый вал совершает полный оборот. Затем свеча зажигания воспламеняет топливную смесь, отправляя поршень обратно в нижнюю мертвую точку. К этому моменту коленчатый вал совершил полтора полных оборота. Теперь выпускной клапан открывается, и поршень возвращается в верхнюю мертвую точку.Коленчатый вал совершил два полных оборота. Теперь, когда поршень находится примерно в верхней мертвой точке, выступ распределительного вала, который мы отслеживаем, возвращается и открывает впускной клапан, и поршень движется обратно вниз. Таким образом, после двух оборотов коленчатого вала распредвал повернулся один раз. Посмотрите этот гиф, чтобы увидеть все это в движении.

В 1960-х годах автопроизводители начали разработку систем изменения фаз газораспределения, которые позволяли впускным и выпускным клапанам открываться раньше или позже в 4-тактном цикле.Целью было повысить объемный КПД, снизить выбросы NOx и уменьшить насосные потери. Сегодня существует два основных типа изменения фаз газораспределения: фазировка кулачка и смена кулачка. При изменении кулачка ЭБУ выбирает другой профиль кулачка в зависимости от нагрузки и скорости двигателя, тогда как при фазировке кулачка исполнительный механизм вращает распредвал, изменяя фазовый угол. Есть десятки способов изменения фаз газораспределения, подъема и продолжительности, поэтому мы просто рассмотрим VVT-i Toyota и VTEC Honda.

Прежде чем мы посмотрим на VVT-i, поговорим о датчиках. В системах VVT используются всевозможные датчики, но наиболее важными из них являются датчики положения распредвала и коленчатого вала (которые часто являются датчиками Холла). ЭБУ использует эти датчики для отслеживания взаимосвязи между положением поршня и положениями клапанов. Коленчатый вал соединен со штоком и поршнем, а выступы распределительного вала запускают события подъема клапана. Таким образом, с помощью информации от датчиков положения коленчатого и распределительного валов, ЭБУ может узнать, насколько быстро двигатель вращается, а также относительное положение поршня и впускных и выпускных клапанов.

Фазирование кулачка

Фазирование кулачка ускоряет или замедляет подъем клапана за счет поворота распределительного вала, обычно в диапазоне около 60 градусов относительно угла коленчатого вала. Допустим, наш впускной клапан обычно открывается на 5 градусов коленчатого вала перед верхней мертвой точкой и закрывает на 185 градусов коленчатого вала после верхней мертвой точки (5 градусов после нижней мертвой точки). «Задержка» фаз газораспределения на 10 градусов означает, что клапан открывается и закрывается на 10 градусов позже, то есть он открывается на 5 градусов после верхней мертвой точки и закрывается на 195 градусов после верхней мертвой точки.Задерживая синхронизацию распределительного вала, двигатель обеспечивает лучший крутящий момент на высоких оборотах, тогда как опережение фаз газораспределения впускного распредвала обеспечивает лучшую мощность при низких оборотах.

Для изменения фаз газораспределения используется множество различных методик. У каждого производителя есть собственное название для собственной системы VVT. Toyota использует VVT-i®, Honda использует VTEC®, Mitsubishi использует MIVEC®, и этот список можно продолжить. Давайте посмотрим, как работает система Toyota VVT-i.

Система VVT, показанная на видео выше, является вариацией Toyota VVT-i, хотя у Honda есть аналогичная система под названием VTC.В этой системе ЭБУ получает сигналы от датчика положения распределительного вала, датчика коленчатого вала, датчика температуры масла, датчика массового расхода воздуха (MAF) и датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя и использует эту информацию для настройки своего выходного сигнала на масляный регулирующий клапан. Этот клапан действует как гидравлический привод, вращая ротор (который соединен с распределительным валом) внутри корпуса, который соединен с коленчатым валом через цепь привода ГРМ. Как только ЭБУ изменил фазовый угол кулачка, ЭБУ продолжает получать входные данные от всех датчиков и постоянно регулирует подачу масла к ротору.Как и электронное управление дроссельной заслонкой, это система с обратной связью, что означает, что разница между текущим фазовым углом распределительного вала и оптимальным углом распределительного вала является «сигналом ошибки», который отправляется в ЭБУ. Компьютер использует сигнал ошибки, чтобы настроить его выход на привод, чтобы получить угол сдвига фаз распределительного вала там, где он должен быть.

Замена кулачка

Другие системы VVT изменяют форму выступов распредвала, а не только фазовый угол распредвала относительно коленчатого вала.Изменение профиля кулачка влияет не только на высоту подъема клапана (насколько далеко открывается клапан), но и на продолжительность клапана (как долго клапан остается открытым). Изображение выше демонстрирует особенности выступа распределительного вала, которые влияют на подъем клапана и продолжительность.

При более высоких оборотах двигателя многие системы VVT меняют профиль кулачка на более агрессивный (т. Е. С большим подъемом и большой продолжительностью). Некоторые системы переменного подъема клапана смещают распределительный вал в осевом направлении, так что выступ с более высоким профилем входит в зацепление с толкателем кулачка, обеспечивая больший подъем клапана.Другие, такие как VTEC от Honda (yo), фиксируют коромысло высокого профиля на коромысле низкой скорости с помощью штифта с гидравлическим приводом. Более агрессивный выступ кулачка активирует этот высокий коромысел и обеспечивает больший подъем впускного клапана, позволяя большему количеству воздуха попасть в цилиндр.

Видео ниже, рассказчик которого странным образом во многом напоминает Ричарда Хаммонда, является отличным источником для понимания двух различных типов систем VVT и показывает, как работает гидравлический привод системы VTEC компании Honda.

Верхнее фото Кредит: Timitrius

Система изменения фаз газораспределения с приводом от кулачка и крутящим моментом — Особенность — Автомобиль и водитель

В большинстве современных систем регулирования фаз газораспределения (VVT) используется фазовращатель, который изменяет положение каждого распределительного вала относительно цепи привода ГРМ. Подумайте о том, как заставить проигрыватель пластинок двигаться быстрее или медленнее, вращая его руками.Фазер кулачка состоит из двух основных компонентов: внешней звездочки, соединенной с цепью привода ГРМ, и внутреннего ротора (соединенного с распределительным валом), который изменяет фазу газораспределения, регулируя угол поворота кулачка.

Этот внутренний ротор состоит из набора лопастей, а масло заполняет пространство между внешним корпусом и лопастями. Оставленный в покое, ротор просто будет вращаться с той же скоростью, что и внешний корпус. Если вы добавите масло в одну сторону лепестка и удалите его с другой, ротор сдвинется и… вуаля! — вот ваша система изменения фаз газораспределения.

В большинстве этих систем VVT используется давление масла для толкания ротора вперед и назад, но BorgWarner считает, что его система с кулачковым приводом (CTA) знаменует собой важный шаг вперед. Для систем с приводом от давления масла (OPA) требуется масляный насос увеличенного размера для создания дополнительного давления, необходимого для работы фазовращателей, что подрывает некоторые преимущества VVT в экономии топлива. С механическим масляным насосом системы OPA плохо работают на низких оборотах двигателя, потому что насос не создает давление и объем, пока обороты не станут выше.

Система CTA избегает этих ловушек, используя третий закон Ньютона — для каждого действия существует равная и противоположная реакция — для перемещения масла в фазовращателях кулачка. Когда выступ кулачка толкает клапан, пружина клапана сопротивляется этой силе и отталкивается. Точно так же, когда пружина клапана толкает клапан в закрытие, она также давит на выступ кулачка в направлении, противоположном направлению открытия клапана. При умножении на весь распредвал энергии этих возвратно-поступательных движений достаточно, чтобы заставить работать фазу кулачка.

Еще одна хитрость в системе BorgWarner — это способ перемещения нефти. Центральный золотниковый клапан, управляемый соленоидом внутри распределительного ротора, направляет поток. Когда клапан открыт в одном направлении, масло попадает только в одну сторону масляных карманов и не может выйти. Перемещая клапан вперед и назад, система может отмерять точное количество потока масла по обе стороны от лопастей ротора.

Ключевые преимущества системы CTA заключаются в том, что она быстро реагирует даже на холостом ходу и может работать с использованием стандартного масляного насоса двигателя. Но есть и минусы. По мере увеличения оборотов двигателя система CTA становится менее эффективной. Это происходит потому, что срабатывания клапана происходят чаще, что сокращает время, необходимое для перемещения масла. И наоборот, системы OPA работают лучше при повышении давления масла и лучше при высоких оборотах. Таким образом, от системы CTA не так много прироста пиковой мощности; он улучшает производительность и эффективность в других областях диапазона оборотов.Кроме того, фазировка кулачка CTA находится во власти собственных колебаний этих сил, действующих на распределительный вал. Открытие и закрытие клапана в рядной шестерке расположены слишком близко, чтобы система работала нормально. Но шестицилиндровый двигатель (или рядный трехцилиндровый двигатель) идеально подходит, потому что между каждым событием клапана не так много наложений. Система также работает на двигателях V-8.

Система изменения фаз газораспределения CTA дебютировала на 3,0-литровом двигателе Duratec V-6 от Ford, начиная с Escape 2009 года и Fusion 2010 года. 3,7-литровый двигатель V-6 в Mustang также использует систему BorgWarner, как и Edge 2011 года и Lincoln MKX.Вы также можете найти его на 5,0-литровом двигателе V-8 Mustang, а также на двигателях V-8, используемых в автомобилях Jaguar и Land Rover. Эффективность этих двигателей показывает достоинства системы CTA.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

РЕГУЛЯТОР ВРЕМЕНИ КЛАПАНА

Variable Valve Timing (VVT) — это технология, которая используется во многих последних моделях двигателей для улучшения экономии топлива, плавности хода на холостом ходу, выбросов и производительности.Регулируемые фазы газораспределения позволяют изменять фазу газораспределения вместе с оборотами двигателя, в отличие от стандартных фиксированных кулачковых приводов, которые никогда не меняются. Время работы клапана определяет, когда впускные и выпускные клапаны открываются, как долго они остаются открытыми и когда закрываются. В свою очередь, это влияет на впускной и выпускной поток, вакуум во впускном коллекторе, рабочую компрессию, объемный КПД, реакцию дроссельной заслонки, а также на то, сколько лошадиных сил и крутящего момента развивает двигатель при любом заданном числе оборотов.

Традиционно всегда фиксировались фазы газораспределения.Установленные путем совмещения меток ГРМ на звездочках или шестернях привода распределительного вала и коленчатого вала, фаза газораспределения не изменяется — если только цепь ГРМ не растягивается, или ремень не прыгает на паз или не порвется. Проблема с фиксированным временем в том, что это всегда приводит к компромиссу.

Настройки фаз газораспределения, которые обеспечивают лучший холостой ход, вакуум на впуске и крутящий момент на низких оборотах, — это не те настройки, которые обеспечивают лучшую мощность в среднем диапазоне или на высокой скорости. Опережение фаз газораспределения улучшает качество холостого хода и крутящий момент на низких оборотах, в то время как замедление фаз газораспределения улучшает конечную мощность.В идеале, фазы газораспределения должны изменяться в зависимости от частоты вращения двигателя и нагрузки, как это происходит с моментом зажигания. Но со стандартным кулачковым приводом (ременным, цепным или шестеренчатым) это невозможно. Следовательно, фазы газораспределения обычно устанавливаются так, чтобы способствовать повседневной управляемости (крутящий момент от низкого до среднего).

Выбор фаз газораспределения может быть увеличен или замедлен на несколько градусов в любом направлении за счет смещения ведущей шестерни на распределительном валу с помощью смещенного штифта, смещенной шпоночной канавки или распределительного механизма со смещенными монтажными отверстиями. Производители двигателей с высокими характеристиками часто «настраивают» фазу газораспределения таким образом, чтобы сдвинуть диапазон мощности двигателя вверх или вниз по шкале оборотов.

Многие распределительные валы вторичного рынка шлифуются с 4-градусным опережением фаз газораспределения для улучшения крутящего момента от низкого до среднего. Если такой кулачок используется в двигателе с высокими оборотами, замедление кулачка от 4 до 8 градусов может улучшить максимальные характеристики, но за счет меньшего крутящего момента на низких оборотах.

Регулируемые фазы газораспределения позволяют обойти ограничения фиксированных фаз газораспределения. VVT позволяет изменять фазы газораспределения в зависимости от частоты вращения двигателя и нагрузки. Это обеспечивает гораздо более широкий диапазон мощности и лучшие всесторонние характеристики.Регулировка фаз газораспределения может быть увеличена на низких оборотах для улучшения качества холостого хода, реакции дроссельной заслонки и крутящего момента на низких оборотах, а также замедлена на более высоких оборотах двигателя для увеличения пиковой мощности.

HOW с изменяемой синхронизацией клапана

Сегодня используется множество различных систем VVT. В наиболее распространенных типах используется привод распределительного вала или «фазер», установленный на шестерне привода кулачка, и соленоид клапана управления потоком масла, который направляет давление масла к фазовращателю кулачка.

Большинство систем VVT не работают на холостом ходу и вступают в действие только при более высоких оборотах двигателя или когда двигатель находится под нагрузкой.В остальное время VVT просто едет.

Цилиндрические фазовращатели изменяют положение распределительного вала, когда давление масла
применяется к поршню в зубчатом механизме.

Первые серийные системы VVT появились еще в 1990 году на нескольких импортных автомобилях (Nissan 300ZX V6 и Mercedes SL 3.0L six & 5.0L V8). Эти ранние применения VVT были на двигателях с двойным верхним кулачком (DOHC) и только улучшили синхронизацию впускных распредвалов.Фазеры кулачка имели только два рабочих положения («включено» или «выключено») и опережали время впускных клапанов примерно на 20 градусов выше определенного числа оборотов в минуту. Увеличение времени впускного распредвала относительно выпускного кулачка позволило двигателям развивать более высокую мощность оборотов.

Большинство простых фазовращателей VVT первого поколения используют подпружиненный винтовой зубчатый механизм для изменения относительного положения кулачка. Когда PCM подает питание на клапан управления потоком масла, давление масла направляется на поршень внутри фазера.Поршень перемещает косозубую шестерню, которая слегка поворачивает кулачок для изменения фаз газораспределения. Когда клапан управления потоком масла закрывается, давление масла внутри фазера сбрасывается, и натяжение пружины возвращает кулачок в исходное базовое положение синхронизации.

Круглая пружина в фазорезке с косозубой шестерней возвращает кулачок
обратно в исходное базовое положение синхронизации, когда давление масла сбрасывается.

Для сравнения: большинство фазовращателей VVT на новых двигателях работают немного иначе.Вместо косозубой шестерни и поршня для изменения положения кулачка многие используют фазер кулачка роторного типа с лопатками или лопастной ротор внутри корпуса фазера.

Давление масла направляется в полости на одной или обеих сторонах лопаток или выступов ротора, чтобы толкать ротор в ту или иную сторону. Вращение ротора внутри фазовращателя приводит к сдвигу или замедлению фаз газораспределения и фаз газораспределения.

Ротор внутри этого фазовращателя кулачкового типа перемещается, когда давление масла прикладывается к любой стороне лопаток ротора.

В приложениях, где фазер только увеличивает или замедляет фазу газораспределения, имеется внутренний фиксирующий штифт, который скользит в отверстие, чтобы зафиксировать фазер в нужном положении, когда давление масла не подается. При приложении давления масла он выталкивает установочный штифт из его заблокированного положения, позволяя фазеру вращаться.

Лопастные фазовращатели реагируют быстрее, чем фазовращатели с косозубой шестерней, и обычно изменяют фазу газораспределения / клапана на 20–30 градусов в любом направлении.Клапан управления потоком масла также регулируется рабочим циклом (широтно-импульсная модуляция). Это позволяет PCM производить бесступенчатую или непрерывную пошаговую регулировку фаз газораспределения вместо только полного опережения или полного замедления. Это означает, что фазы газораспределения больше не являются компромиссом, а могут быть изменены в соответствии с частотой вращения двигателя и нагрузкой.

Некоторые из последних систем VVT полностью избавляются от гидравлики. Они используют электродвигатель внутри фазера для опережения или замедления фаз газораспределения. Электронные фазовращатели могут очень быстро реагировать на изменение условий эксплуатации и не зависят от давления масла.Так что со временем мы, скорее всего, увидим более широкое использование электронных фазерных систем VVT.

Различные типы регулируемых фаз газораспределения

Разные производители автомобилей используют разные стратегии изменения фаз газораспределения для разных целей. Например, на некоторых старых двигателях Ford и General Motors VVT используется только на выпускном кулачке двигателей DOHC для замедления времени выпуска. Это создает эффект рециркуляции выхлопных газов для снижения выбросов оксидов азота (NOx), когда двигатель находится под большой нагрузкой.Это также позволяет отказаться от клапана рециркуляции ОГ на многих двигателях.

На многих новых двигателях DOHC VVT используется как на впускных, так и на выпускных кулачках. Это позволяет компьютеру независимо изменять время впускных и выпускных клапанов для еще большей производительности, экономии топлива и выбросов.

Многие двигатели имеют фазовращатели VVT на впускных и выпускных кулачках для управления каждым кулачком отдельно.

Некоторые автопроизводители также комбинируют изменение фаз газораспределения с регулируемым подъемом клапана.Это изменяет не только фазы газораспределения, но и то, как далеко (и как долго) клапаны открываются. Одной из первых подобных систем была электронная система управления фазами газораспределения и подъема (VTEC) Honda, представленная в 1991 году на Acura NSX. Эта же система позже была добавлена ​​в широкий спектр моделей Honda и Acura. Вместо использования гидравлического фазера кулачка для изменения положения впускного кулачка, система Honda VTEC добавила дополнительный кулачок и коромысло для каждой пары клапанов. Выше определенного числа оборотов давление масла передавалось на дополнительные коромысла.Это подняло рычаги так, чтобы они зафиксировались относительно других коромысел и задействовали 3 выступа ^rd «рабочих характеристик» на распределительном валу, чтобы увеличить подъем клапана и продолжительность работы.

На последних моделях двигателей BMW с непосредственным впрыском бензина система BMW Valvetronic использует электронный фазер кулачка для приведения в действие ряда промежуточных коромысел, когда требуются изменения фаз газораспределения и подъема. Это позволяет PCM управлять частотой вращения двигателя и холостым ходом, используя только фазы газораспределения и впрыск топлива, устраняя необходимость в дроссельной заслонке.Избавление от дроссельной заслонки позволяет двигателю свободно дышать на холостом ходу, как дизель, с минимальными насосными потерями. В результате достигается 10-процентная экономия топлива и снижение выбросов.

В двигателях с толкателем Corvette LT1 последней модели стандартная шестерня кулачкового привода была заменена гидравлическим фазером лопаточного типа для обеспечения VVT. Это позволяет PCM опережать или замедлять фазы газораспределения по мере необходимости для лучшей производительности.

На более новых моделях Dodge Vipers используется специальный «концентрический» распределительный вал внутри распределительного вала для изменения фаз газораспределения, подъема и продолжительности.Концентрический кулачок имеет твердый внутренний сердечник и узел внешней трубки. Есть два набора лепестков, один набор прикреплен к внешней трубке, а второй набор прикреплен к внутреннему валу через прорези во внешней трубке. Фазер на конце кулачка поворачивает положение внутреннего вала по отношению к внешней трубе для изменения фаз газораспределения, подъема и перекрытия.

Проблемы с синхронизацией регулируемого клапана

Каким бы отличным ни был VVT, он также уязвим для некоторых проблем. В системах VVT, которые используют давление масла для приведения в действие фазовращателя, качество, вязкость и загрязнение масла могут повлиять на работу фазовращателя.Если фазер не получает достаточного давления масла, или масло неправильной вязкости (слишком густое или слишком жидкое), или масло грязное, это может помешать правильной работе фазера. Это, в свою очередь, может отрицательно сказаться на характеристиках двигателя, экономии топлива и вредных выбросах. Такие неисправности часто включают световой индикатор Check Engine и устанавливают код неисправности, связанный с VVT.

Общие коды неисправностей OBD II включают:

P0010…. Цепь привода положения распределительного вала, ряд 1

P0011…. Превышение опережения положения распределительного вала, или сбой системы, ряд 1

P0012…. A Синхронизация положения распределительного вала с превышением задержки, ряд 1

P0013 …. B Цепь привода положения распределительного вала, ряд 1

P0014 …. B Превышение синхронизации положения распределительного вала, или сбой системы, банк 1

P0015 …. B Слишком высокая задержка синхронизации положения распределительного вала, ряд 1

P0020 …. A Цепь привода положения распределительного вала, ряд 2

P0021 …. A Превышение синхронизации положения распределительного вала или сбой системы, банк 2

P0022 …. A Положение распределительного вала Банк 2

P0023…. B Цепь привода регулирования положения распределительного вала, ряд 2

P0024 …. B Превышение синхронизации положения распредвала или сбой системы, банк 2

P0025 …. B Превышение задержки синхронизации положения распределительного вала, банк 2

Любой из этих кодов может быть результатом неисправного фазовращателя распредвала, клапана управления потоком масла или неисправности проводки.

Кулачковые фазовращатели могут выйти из строя по-разному. Грязь или мусор могут забить масляные отверстия или входную сетку, через которую подается фазер, не давая масла достичь блока.При использовании фазовращателей с косозубой шестерней грязь или мусор могут заблокировать шестерни или вызвать их заедание. Физическое повреждение шестерен или чрезмерный износ также могут помешать нормальной работе фазера.

На фазовращателях с косозубыми шестернями и возвратными пружинами сломанная пружина не позволяет кулачку вернуться к своей нейтральной или базовой настройке синхронизации после того, как он был продвинут или замедлен.

Негерметичный гидравлический поршень или утечка в корпусе фазера могут также препятствовать изменению положения кулачка при приложении давления масла.

На фазовращателях лопаточного типа, которые имеют внутренний стопорный штифт, износ штифта или его установочного отверстия может вызвать шум. Штифт также может срезаться, не давая фазеру зафиксироваться в нейтральном положении. Стук или стук, который слышен только на холостом ходу и в первую очередь при горячем двигателе, но уходит на более высоких оборотах, обычно указывает на изношенный фазер, который необходимо заменить.

Фазер VVT также может не изменить фазы газораспределения, если клапан управления потоком масла, который питает его, заклинивает, загрязнен грязью или шламом или не работает.

Диагностика изменения фаз газораспределения

Прежде чем делать какие-либо выводы относительно системы регулирования фаз газораспределения, если двигатель работает на холостом ходу или не развивает нормальную мощность на высоких оборотах, вам следует также рассмотреть другие возможные причины, такие как большая утечка вакуума (впускной коллектор, вакуумные шланги или клапан EGR) , накопление большого количества углерода на впускных клапанах (обычная проблема с прямым впрыском бензина), грязные топливные форсунки, низкое давление топлива, пропуски зажигания, ограничения выхлопа, потеря компрессии (сгоревшие / погнутые клапаны или протекающая прокладка головки) или проблема с турбонаддувом .

Одна из первых вещей, которую вам следует проверить, если вы подозреваете проблему с VVT, — это масло. Уровень масла низкий? Это может вызвать падение давления масла, что может повлиять на работу системы VVT. Правильно ли обслуживали масло? Грязное масло, заполненное осадком, не подходит для фазовращателей VVT или регулирующих клапанов.

При замене масла в двигателе VVT используйте масло высокого качества и вязкости, рекомендованной производителем транспортного средства. Для большинства автомобилей последних моделей это будет 5W-30 или 5W-20.Многие европейские автомобили используют даже более жидкие масла, такие как 0W-20 или 0W-40.

Проблемы с давлением масла, очевидно, повлияют на работу системы VVT. Основные причины могут включать изношенный масляный насос в двигателе с большим пробегом или изношенные основные подшипники или подшипники кулачка. При подозрении на низкое давление масла используйте манометр.

Проблемы управления потоком масла и управления потоком масла Cam Phaser

Забитый, заклинивший или неработающий клапан управления потоком масла также может препятствовать нормальной работе системы VVT.С двухпозиционными соленоидами вы можете проверить целостность и / или сопротивление соленоида с помощью DVOM на короткое замыкание или обрыв. Вы также должны проверить напряжение питания и заземление в жгуте проводов, чтобы определить, проходит ли командный сигнал PCM.

Другой альтернативой является подача питания на соленоид на холостом ходу, чтобы проверить, изменяются ли качество холостого хода двигателя, частота вращения и разрежение на впуске (должны). Никакие изменения не будут указывать на неисправный соленоид или отсутствие потока масла через регулирующий клапан к фазеру.

Или вы можете снять соленоид управления потоком масла (двигатель выключен) и подать напряжение. Если соленоид не двигается, блок неисправен и его необходимо заменить.

Если клапан управления потоком масла VVT неисправен, заедает или забит мусором, это может помешать давлению масла достичь фазовращателя распредвала.

Для соленоидов с широтно-импульсной модуляцией (и двухпозиционных соленоидов) наблюдайте за состоянием соленоида VVT с помощью диагностического прибора. Он должен быть выключен на холостом ходу и включаться при более высоких оборотах.Если клапан имеет широтно-импульсную модуляцию, изменяются ли показания с частотой вращения двигателя?

Если ваш сканер двунаправленный и программное обеспечение позволяет вам активировать соленоид управления потоком масла или изменять его рабочий цикл во время работы двигателя, это еще одна проверка, которую вы можете сделать, чтобы увидеть, реагируют ли фазовращатели кулачка.

Другие неисправности, которые могут повлиять на работу системы VVT, включают проблемы с сигналами датчиков положения распределительного или коленчатого вала, неисправный датчик MAP (который определяет нагрузку на двигатель) или даже проблему в самом PCM.

Следуйте рекомендациям производителя по диагностическим процедурам, если вы подозреваете неисправность датчика.

Замена кулачка Phaser

Если фазовращатель забит шламом или отложениями лака, его можно разобрать и очистить. Однако, если какие-либо внутренние детали изношены или сломаны, вам необходимо заменить фазер как единое целое, потому что запасные части для восстановления фазовращателей еще не доступны у поставщиков послепродажного обслуживания или у производителей автомобилей.Новые фазовращатели доступны в большинстве магазинов автозапчастей. Цены варьируются от 100 до почти 300 долларов и не включают цепь или ремень привода ГРМ, а также комплект натяжителя цепи (их необходимо приобретать отдельно).

Процедуры замены могут варьироваться от относительно простых до крупных. Доступ к фазовращателям кулачка может быть проблемой на двигателях, где необходимо снять впускные коллекторы, генераторы переменного тока или другие компоненты, прежде чем вы сможете потянуть крышку кулачка или клапанную крышку, чтобы добраться до фазовращателя (ов).

На многих двигателях DOHC и SOHC цепь привода ГРМ должна удерживаться или фиксироваться в нужном положении при снятии фазера, чтобы цепь не проскальзывала вовремя и не соскакивала со звездочки коленчатого вала. Для удержания цепи на месте могут потребоваться специальные инструменты.

Другая проблема заключается в правильной установке нового фазовращателя. Коленчатый вал, возможно, придется повернуть в определенное положение ПЕРЕД заменой фазера. Также неплохо отметить цепь привода ГРМ, чтобы новый фазер можно было установить в том же положении.Вы должны убедиться, что сам фазер находится в правильном базовом положении синхронизации, прежде чем он будет прикручен к кулачку.

Всегда обращайтесь к инструкциям производителя транспортного средства по разборке и установке, чтобы избежать неожиданностей или ошибок.

Советы по обслуживанию клапана с регулируемой синхронизацией

На 3-клапанных двигателях V8 Ford 4.6 л и 5.4 л с большим пробегом часто возникает «стук» фазера кулачка. Ford TSB 06-19-8 подробно рассматривает этот вопрос. В некоторых случаях проблема возникает не из-за износа фазовращателей, а из-за низкого давления масла из-за износа кулачковых подшипников в головках цилиндров.Для устранения проблемы может потребоваться замена или повторная обработка головок. Альтернативным решением является установка масляного насоса большого объема для увеличения потока масла к фазовращателям кулачка. Другой вариант — «заблокировать» фазеры на их базовых настройках синхронизации, установив специальные заглушки, которые предотвращают перемещение лопаток. Однако это лишает преимуществ VVT и требует перепрограммирования PCM.

Синий штекер на этой фотографии был установлен внутри фазовращателя, чтобы зафиксировать его в статическом положении.

Всегда проверяйте наличие новых или обновленных бюллетеней технического обслуживания (TSB) производителя при устранении проблем с VVT. Для решения проблемы может быть обновленная часть или перепрошивка PCM.

Если у двигателя VVT есть проблема с фазером из-за масляных отложений и плохого обслуживания, промойте картер для удаления загрязнений, затем замените масло и фильтр. Это может избавить от необходимости заменять фазер.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы просмотреть или загрузить эту статью в виде файла PDF

---

Статьи по теме

Коды фаз газораспределения Ford

Статья Ларри Карли в журнале Engine Builder за 2015 год

Компоненты головки цилиндров

Диагностика двигателя, который не проворачивается и не запускается

Диагностика шума двигателя

Поиск и устранение неисправностей Низкое давление масла

Диагностика масляного насоса

Масляные насосы: сердце двигателя

Распределительные валы

Ремни ГРМ: ваш двигатель и двигатель помех?

Обновление цепей и ремней привода ГРМ

Замена цепи привода ГРМ (Mazda и Ford 3.0L DOHC V6)

Предупреждение о гарантии на ремень ГРМ послепродажного обслуживания

Обслуживание ремня ГРМ GM

Ремни и цепи ГРМ Ford

Ремни ГРМ Toyota и Honda

Щелкните здесь, чтобы увидеть другие технические статьи по автомобилестроению

Диагностика систем изменения фаз газораспределения

Сегодня почти на каждом производимом двигателе установлена ​​система изменения фаз газораспределения того или иного типа, чтобы воспользоваться преимуществами повышения мощности и эффективности, которые дает регулировка фаз газораспределения.VCT, или система регулирования фаз газораспределения, существует уже довольно давно, поэтому каждый работающий техник имел дело с этими системами в той или иной форме. Прежде чем углубиться в диагностику этих двигателей, давайте рассмотрим некоторые общие рекомендации. Системы VCT изменяют только события фаз газораспределения, они не изменяют ход клапана или продолжительность. На рынке есть системы с регулируемым подъемом и продолжительностью, такие как Chrysler \ Fiat Multi-air или BMW Valvetronic, но мы будем обсуждать системы фазирования распределительного вала только в этой статье.

Необходимые фундаментальные знания
Сегодня используются три основных дизайна. Первая — это единственная независимая система, в которой перемещается впускной или выпускной распределительный вал. Во-вторых, двойное равенство, когда и впускной, и выпускной двигатели перемещаются одинаково (подумайте о конструкции с одним распредвалом, например, распредвалов в блоке на V8). Третий и наиболее распространенный сегодня — это сдвоенный независимый распределительный вал, в котором распредвалы впускных и выпускных клапанов перемещаются независимо друг от друга.В этих общих схемах есть системы для конкретных автомобилей, которые фактически выполняют работу по перемещению распределительных валов с двумя наиболее распространенными из них — регуляторами кулачка шлицевого привода или регуляторами кулачка лопастного типа (или, как я обычно называю их «фазовращателями»).

Системы шлицевого привода

заменяются лопастными фазовращателями, которые обеспечивают больший диапазон перемещений и меньшее время отклика. Два наиболее распространенных типа лопастных фазовращателей, используемых сегодня, — это фазовращатели с приводом от давления масла и фазовращатели с приводом от кулачка (CTA), которые используют силу пружин клапана для перемещения распределительного вала, а не прямого давления масла.Фазеры CTA, построенные Borg Warner, используются на некоторых двигателях Ford и двигателе Chrysler Pentastar 3.6 V6. Самая уникальная часть этих фазовращателей с приводом от кулачка — это их способность перемещать кулачок без давления моторного масла, поэтому они могут перемещать кулачок во всем диапазоне во время проворачивания! Хотя производитель не использует эту стратегию, важно знать эту возможность. Многие фазерные двигатели, приводимые в действие давлением масла, не могут перемещать кулачки на холостом ходу двигателя из-за низкого давления масла, присутствующего в условиях холостого хода.

Хотя знание того, что распредвалы отрегулированы, важно, более важно понимать, почему распредвалы «сдвинуты по фазе» или перемещаются по отношению к коленчатому валу. Одним из основных преимуществ регулируемой синхронизации кулачков является уменьшение оксидов азота за счет рециркуляции выхлопных газов в цилиндрах в результате увеличения перекрытия клапанов при фазировке распределительного вала. Это позволяет инженеру по трансмиссии удалить из двигателя проблемное оборудование для рециркуляции выхлопных газов. Чтобы увеличить перекрытие клапанов, вы должны либо продвинуть впускной распредвал, либо задержать выпускной распредвал.Некоторые отечественные двигатели, такие как GM 4200 во внедорожниках Chevy \ GMC Trailblazer и Envoy, используют выпускной кулачок для выполнения этой задачи. Многие автомобили азиатского производства любят фазировать впускной распредвал для выполнения этой задачи, поэтому вы увидите многие двигатели Nissan и Toyota, которые фазируют впускной распредвал. Конечно, фазирование обоих кулачков позволяет реализовать больше преимуществ, таких как улучшение выходного крутящего момента за счет продвижения впускного кулачка или снижение насосных потерь за счет перемещения обоих кулачков и снижения вакуума в двигателе. Теория, лежащая в основе фазирования распределительного вала, может заполнить учебник приличного размера, поэтому мы завершим это и перейдем к диагностике.

ДКТ диагностика
ДКТ Диагностика должна начинаться с понимания потенциальных проблемных областей. Проблемы ДКТ можно разделить на три категории: механические, электрические или гидравлические. Механические проблемы будут рассматриваться как заедание лопастных или шлицевых приводов, заедание соленоидов управления маслом, а также прыгающие или растянутые цепи привода ГРМ. Электрические проблемы включают неисправные датчики положения распределительного вала, неисправные соленоиды управления подачей масла или любые проблемы с проводкой к этим элементам.Гидравлические проблемы могут заключаться в низком уровне или давлении масла, неправильной вязкости масла или ограничении каналов подачи масла. Каждую из этих областей необходимо протестировать, чтобы определить основную причину сбоя, и для завершения тестирования потребуются различные инструменты.

Сканирующий прибор — это первый инструмент, который используется почти при каждой диагностике ДКТ. Этот инструмент, по крайней мере, предоставит любые коды, которые были установлены, если проблема развивается, и в зависимости от обслуживаемого транспортного средства может предоставить достаточно информации для проведения полной диагностики проблемы.Некоторые производители (например, Ford) предоставляют так много данных и двунаправленных элементов управления, что вам может понадобиться только хороший диагностический прибор. Другие производители предоставляют очень мало информации о системе ДКТ, помимо кодов, и требуют, чтобы технический специалист провел более тщательное тестирование с помощью измерительных приборов и осциллографов.

Технический специалист должен знать некоторые вещи, прежде чем он или она начнет диагностику ДКТ на любом автомобиле. Вам необходимо знать, как компьютер управления двигателем отображает данные синхронизации кулачков на сканирующем приборе, диапазон движения или фазовый угол каждого фазера, характеристики фаз газораспределения при выполнении анализа в цилиндре с датчиком давления, технические характеристики давления масла, известные хорошая форма сигнала синхронизации кулачка / кривошипа и то, как управляется соленоид управления подачей масла.Некоторые производители отображают данные синхронизации кулачка как нулевое значение, когда кулачковый вал находится в заблокированном или исходном положении, а затем, когда кулачок перемещается, отображается количество градусов опережения или замедления. Автомобиль GM, показывающий 18 градусов для впускного распредвала, означает, что кулачок отклонился на 18 градусов от своего исходного положения, что довольно просто. Другие производители, такие как Chrysler, Hyundai или BMW, могут использовать данные осевой линии лепестков распредвала для отображения времени кулачка. Это означает, что PID-регуляторы времени кулачка могут быть разными для впускного и выпускного кулачков, и цифры не будут начинаться с нуля.Диаграмма синхронизации кулачков BMW показывает, что центральная линия впускного кулачка с кулачком в исходном положении составляет 120 градусов, а полностью фазированное положение — 50 градусов, поэтому диапазон фазирования составляет 70 градусов коленчатого вала. Если центральная линия лепестка находится после ВМТ, как в случае с впускным кулачком, отображаемые числа положительны, и по мере продвижения кулачка центральная линия лепестка перемещается ближе к ВМТ, поэтому число отсчитывается в обратном порядке. Если диагностический прибор показывает 100 градусов на этом двигателе для впускного кулачка, кулачок сдвинулся по фазе или продвинулся вперед на двадцать градусов от своего исходного положения.Центральная линия выхлопных газов находится перед ВМТ, поэтому номера диагностического прибора будут отрицательными. Как видно на этой диаграмме, исходное положение выпускного кулачка составляет -115 градусов, а кулачок может замедляться до -60 градусов в диапазоне 55 градусов коленчатого вала. Опять же, как и на впуске, цифры идут в обратном порядке, потому что выпускной кулачок замедляется, а центральная линия лепестка перемещается ближе к ВМТ. Hyundai отображает данные синхронизации кулачка таким же образом.

Этот дисплей диагностического прибора Hyundai GDS показывает текущее положение впускного кулачка как 117 градусов (исходное положение) и текущее положение выпускного кулачка как -112.8 (исходное положение).

Когда сканирующий прибор не помогает
Следующий вопрос, который нужно обсудить, — это объемные испытания систем VCT и вопрос об известных хороших отношениях синхронизации кулачка / кривошипа. Этот тип тестирования имеет решающее значение для диагностики таких проблем, как растянутые цепи привода ГРМ, а также может потребоваться для проверки работы системы, если производитель предоставляет мало данных о времени распредвала, таких как некоторые BMW или ранние системы Toyota. Некоторые, но не многие, производители предоставляют известные хорошие образцы прицелов в своих сервисных или учебных материалах.Эта проблема поиска «заведомо исправного» означает, что специалистам в этой области необходимо выполнить огромное количество домашней работы, чтобы оценить транспортные средства до того, как начнется износ, и зафиксировать и сохранить известные исправные формы сигналов синхронизации кулачка / кривошипа и создать свою собственную базу данных. Это требует значительных усилий, но принесет большие дивиденды позже, когда вы столкнетесь с принятием решения о том, синхронизирован ли двигатель, без снятия крышки привода ГРМ для проверки выравнивания распределительного вала при диагностике кода корреляции фаз газораспределения.

Эта иллюстрация служебной информации взята из диаграммы диагностики двигателя Hyundai Elantra 1.8 2012 года выпуска, код P0014. Он показывает правильную форму сигнала или синхронизацию соотношения датчика выпускного кулачка и датчика коленчатого вала. Это очень полезно для проведения тестирования и диагностики ДКТ.

Я предпочитаю настраивать свой прицел одинаково всякий раз, когда я тестирую системы ДКТ, независимо от транспортного средства, над которым я работаю.При использовании четырехканального осциллографа я подключаю канал A к сигналу зажигания цилиндра №1, чтобы я мог быстро определить четырехтактный цикл, канал B — к сигналу датчика положения коленчатого вала, канал C — к сигналу датчика впускного распредвала и каналу D к сигналу датчика распредвала выпускных клапанов. Если у вас только четырехканальный осциллограф и вы работаете над механизмом с двумя банками, вы должны тестировать по одному банку за раз. Мой восьмиканальный осциллограф позволяет мне тестировать оба банка одновременно, что позволяет мне сэкономить время, перемещая провода прицела.Как только я подключаюсь к автомобилю, я запускаю его и снимаю сигнал.

Здесь важно указать, что если вы собираетесь захватить «заведомо исправный» сигнал синхронизации, то при сохранении шаблона не должно происходить фазирования кулачка. Существуют автомобили, которые могут фазировать свои распределительные валы на холостом ходу, и если вы не знакомы со стратегией фазирования кулачков автомобиля, над которым вы работаете, вам нужно будет проверить с помощью диагностического прибора, что кулачки находятся в исходном положении или, что еще лучше, просто отсоедините электромагнитные клапаны управления подачей масла для синхронизации кулачка, прежде чем снимать сигнал синхронизации.Было бы серьезной ошибкой принять решение о демонтаже двигателя, чтобы заменить цепь синхронизации, которая, по вашему мнению, отключена, потому что вы сравнивали сигнал, который вы записали, с неправильно записанным сигналом, загруженным в Интернет техническим специалистом, не знающим, что предположительно известный хороший сигнал он проводил, если кулачки были повернуты на 8 или 10 градусов от базового положения. Самыми «известными хорошими» сигналами являются те, которые вы снимаете сами и точно знаете, в каких условиях вы их сохранили.

Есть несколько моментов, которые вам необходимо знать при анализе формы сигнала системы VCT, наиболее важным из которых является конструкция спускового колеса датчика коленчатого вала.Прицелы с линейками вращения позволяют легко определить, на сколько градусов вращения двигателя оценивается каждый зуб спускового колеса. Например, многие двигатели используют спусковое колесо 60 минус 2 зубца для CKP. Это означает, что есть место для 60 зубов, но 2 из них удалены, чтобы создать синхронизацию для идентификации PCM. Если вы разделите 60 на 360, вы получите 6, что означает, что каждый зуб спускового колеса отображает 6 градусов вращения двигателя. Теперь вы можете выровнять край сигнала CMP с сигналом CKP и очень точно определить, насколько далеко двигатель от правильной установки фаз газораспределения.Я просто выбираю точку на осциллограмме, в которой два сигнала имеют переход, и начинаю считать зубцы.

Этот известный сигнал хорошей синхронизации двигателя BMW 3.0 N52 будет увеличен, чтобы посмотреть на корреляцию CKP \ CMP.

Здесь вы можете увидеть взаимосвязь между областью отсутствующего зуба CKP и передними кромками датчиков CMP на впуске и выпуске. Соленоиды контроля масла не были подключены.

После того, как вы определите правильное соотношение CKP / CMP, вы можете продолжить тестирование системы, подав питание или заземление на соленоид управления маслом при повышенных оборотах двигателя, чтобы двигатель не глохнул, и зафиксировать форму сигнала датчика кулачка с помощью кулачок переведен на максимальный ход. Подсчитайте количество зубцов, на которые датчик CMP переместился из положения синхронизации, и умножьте на количество градусов на зуб CKP, чтобы увидеть, переместился ли распределительный вал на весь опубликованный диапазон.Помните, что при просмотре сигналов на осциллографе сигнал выпускного кулачка будет двигаться вправо, потому что он замедляется, а сигнал впускного кулачка будет двигаться влево, потому что кулачок продвигается. Эта процедура тестирования может применяться на любом двигателе и может использоваться, когда транспортное средство не предоставляет PID данных сканирования для синхронизации кулачков.

Заземление впускного кулачка Соленоид VANOS переместил кулачок в полностью фазированное положение. Прицел измеряет 69 градусов, в служебной информации указывается диапазон хода впускного кулачка 70 градусов.

A реальный пример
Использовать этот метод тестирования в магазине несложно, но многие технические специалисты запуганы диагностикой осциллографа или не хотят тратить время на регистрацию этих сигналов. В магазин позвонили по поводу проблемы, с которой они столкнулись с Nissan Altima 2006 года выпуска с двигателем 2.5. Был установлен код P0011, и их сканер считал PID времени впускных клапанов как -26 градусов, и они не были уверены, что это означает.Некоторые сканирующие приборы неправильно считывают данные о времени распредвала Nissan, и это был один из таких случаев. В магазине заменили датчики кулачка и кривошипа, но код вернули быстро. Я упомянул, что они должны проверить датчики кулачка и кривошипа вместе с пусковым механизмом зажигания, но они решили отправить автомобиль мне для диагностики. Увидев эти автомобили до того, как я получил заведомо хорошую форму сигнала синхронизации, я решил посмотреть сервисную информацию, чтобы узнать, доступны ли данные в другом магазине, чтобы поставить точный диагноз.Посмотрев на информацию о ремонте кода для P0335, я нашел ручной рисунок правильного отношения CKP / CMP из информации о тренировках Nissan.

В учебном пособии Nissan показано правильное соотношение сигналов CKP / CMP. Я добавил показанные выноски.

С этими данными и моим прицелом все остальное было довольно легко. Диаграмма кодовой диаграммы показывает, что передний фронт одиночного импульса сигнала CMP совпадает с первым зубцом CKP перед областью отсутствующего зуба на сигнале CKP, а задний край CMP совмещается непосредственно в центре зазора с отсутствующим зубом.Форма волны, полученная от Nissan с отключенным электромагнитным клапаном синхронизации, показывает, что имеется несовпадение. Импульс ЦМП смещен вправо чуть более 1 зубца. Мой заводской диагностический прибор Nissan показал -13 градусов для положения впускного кулачка, ровно половину того, что показал диагностический прибор в других магазинах. Этот слегка замедленный сигнал означает, что цепь привода ГРМ растянулась и ее необходимо заменить. Этот пример ясно иллюстрирует необходимость использования заведомо исправных сигналов при тестировании систем VCT.

Слегка запаздывающий одиночный импульс CMP можно увидеть в середине захваченного сигнала.

Известный хороший сигнал CKP / CMP от Nissan 2.5 2004 года, сохраненный с помощью прицела Snap-on.

Следующая машина прибыла в магазин с включенным индикатором неисправности и грубой жалобой на работу на холостом ходу. Эта Toyota Echo 2002 года оснащена двигателем 1.4 1NZ-FE и устанавливает код P1394, который определяется как неисправность системы VVT, время не меняется. Этот автомобиль не отображает данные синхронизации кулачков на диагностическом приборе, а в кодовых таблицах первым этапом диагностики указывается проверка правильности совмещения фаз кулачка.Я бы предпочел не снимать крышку привода ГРМ в качестве первого шага в диагностике, и, безусловно, есть более простой способ. Я подключаю осциллограф к сигналу запуска катушки №1, сигналу CKP и сигналу CMP. Спусковое колесо CKP представляет собой колесо с 36 минус 2 зубья, каждый зуб которого соответствует 10 градусам поворота коленчатого вала. Я установил временную развертку осциллографа на 1 секунду на деление, запускаю двигатель и снимаю 2 экрана. Я увеличу осциллограмму сразу после того, как двигатель начнет запускаться, а затем снова примерно через 9 секунд работы.

Захват формы сигнала при тестировании VCT на Toyota Echo 2002 года. Этот двигатель не должен перемещать кулачок на холостом ходу. Перемещение кулачка на холостом ходу вызовет грубую работу из-за увеличения перекрытия клапанов.

Первый увеличенный снимок показывает переход через нулевую линию датчика CMP примерно на 8 зубцов впереди области отсутствующего зуба CKP. Помните, что давление масла еще недостаточно для перемещения распределительного вала.

Проверка соотношения CKP / CMP до того, как двигатель создаст давление масла.

На следующем снимке показана форма волны в увеличенном масштабе после того, как двигатель заработал и давление масла увеличилось. Как можно определить с помощью осциллографа, сигнал CMP сместился влево, вперед, примерно на 3 зубца или 30 градусов вперед кулачка. Кулачок не должен фазироваться на холостом ходу, потому что продвижение впускного кулачка увеличивает перекрытие клапанов и вызовет грубую работу, например, открытие клапана EGR на холостом ходу.То же самое происходит с отсоединенным масляным клапаном, поэтому проблема не в электрической части, например, в замкнутом соленоиде на питание. Электромагнитный клапан регулирования подачи масла застрял в открытом положении, и его замена устранила проблему. Эти застрявшие открытые соленоиды на старых двигателях Toyota V6 довольно распространены, и если вы видите, что весь блок двигателя начинает пропускать зажигание после повышения оборотов двигателя и возврата к холостому ходу, вам следует сначала проверить эти соленоиды.

Захват кривой, показывающий, что впускной кулачок продвинулся вперед после того, как двигатель немного поработал из-за заедания открытого масляного клапана.

Не Забудьте об основах
Хотя осциллограф может быть очень полезным инструментом для диагностики ДКТ, не забывайте об основах, потому что они могут действительно укусить вас, если вы их игнорируете. Простые вещи, такие как правильная вязкость масла или обеспечение правильного давления масла в двигателе, заставят многих специалистов тратить время на тестирование этих систем, а затем возвращаться обратно, чтобы проверить то, что следует проверить на ранней стадии. Компьютер двигателя тестирует системы VCT по двум разным причинам; достиг ли распределительный вал своего целевого положения и как быстро распредвал реагирует.Большинство систем фазирования кулачка могут перемещать распределительный вал на весь диапазон менее чем за 300 миллисекунд. Даже если кулачок перемещается в свое целевое положение, он все равно может кодировать избыточное или недостаточное продвижение, если он перемещается слишком медленно. Правильное давление масла необходимо, когда речь идет о скорости реакции ДКТ. Не забудьте проверить любые сетчатые фильтры, которые можно найти на соленоидах управления маслом или в гидравлических каналах в двигателе, если коды VCT продолжают возвращаться. Многие коды рабочих характеристик фазовращателя кулачка шлицевого привода были восстановлены путем простого добавления в масло химических очистителей и последующей замены масла.Этот простой шаг позволяет шестерне переключиться на свободное движение и позволяет кулачку быстрее перемещаться в заданное положение.

Этот обратный клапан, снятый с головки блока цилиндров двигателя BMW N52, показывает сетку фильтра для системы впускных клапанов VANOS.

Датчик фазы кулачка | efignition

Датчик ХОЛЛ обычно используется как датчик распредвала.Но датчик VR тоже отлично работает (Ford Zetec, Duratec, Toyota Supra).

Последовательный впрыск

Если мы хотим впрыскивать или зажигать полностью последовательно, нам нужен датчик распределительного вала. Датчик распределительного вала сообщает блоку управления двигателем ход соответствующего цилиндра (ход впуска или ход).

Преимущество полностью последовательного впрыска заключается в том, что двигатель работает немного тише, быстрее набирает обороты, имеет меньше выбросов и более экономичен. Закачиваем бензин точно в то время, когда это необходимо.Это нормально перед открытием впускного клапана. Затем бензин успевает испариться и перемешаться, но турбулентности от других цилиндров в коллекторе больше нет.

Последовательное зажигание (Coil On Plug)

Преимущество полностью последовательного зажигания состоит в том, что катушки зажигания включаются только при необходимости. Это экономит тепло. Если двигатель используется на очень высоких оборотах, это может быть важно для бобина. Технически зажигание DIS или «отработанная искра» работает одинаково хорошо.Проблема с нагревом возникает только на скоростях выше 10 000.

Odd-Fire

Для двигателей Odd-fire V6 (двигатели PRV от Peugeot 504/604, Volvo 260, Renault и Alpine, DeLorean, Maserati C114) фаза ДОЛЖНА быть известна. Независимо от того, используете ли вы дистрибьютор, Dual dizzy или Coil per Plug. Из-за угла наклона блока на 120 градусов шатунной шейки со смещением 120 градусов зажигание разделено на неравные интервалы в 90–150 градусов. Если нам не известен правильный ход двигателя, зажигание не произойдет вовремя, и эти двигатели могут быть серьезно повреждены.EFIgnition поддерживает нечетное зажигание.

Спусковое колесо

Спусковое колесо на распределительном валу содержит только 1 зуб. Датчик увидит это непосредственно перед прохождением недостающего зуба (зубьев) спускового колеса коленчатого вала. В этот момент включается 1-й цилиндр.

Если на спусковом колесе больше 1 зуба, можно использовать «опрос». Теперь ЭБУ проверяет, высокий или низкий уровень сигнала во время отсутствия зуба (ов) коленчатого вала. Остальные зубы игнорируются.

.