Фазы газораспределения двигателя – Фазы газораспределения их влияние на работу двигателя. Влияние перекрытия фаз газораспределения на неравномерность работы двигателя на холостом ходу

Автомобильный портал

Фазы газораспределения двигателя. Что это такое?

Kачество работы двигателя зависит от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. В данной статье мы объясним, что такое фазы газораспределения и их влияние на работу двигателя.
Что такое фазы газораспределения?
Фаза газораспределения — это период от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения обычно выражаются в градусах поворота коленчатого вала и отмечаются по отношению к начальным или конечным моментам соответствующих тактов.

Задача механизма газораспределения — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От того, насколько грамотно подобраны фазы газораспределения,зависит экономичность мотора, мощность и развиваемый момент.

Влияние фаз газораспределения на работу двигателя
В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут и работа таких двигателей 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 газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить столь непростую задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими. При этом для лучшей продувки цилиндров фазу перекрытия обычно делают тем шире, чем выше обороты.

Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным.

Изменяемые фазы газораспределения
А если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя?

Один из способов это применение фазовращателя — специальной муфты, 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 и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

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

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

А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. Экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах 5—15 %.

Несмотря на то что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать ещё выше — за счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод здесь сдаёт позиции электромагнитному.

В чём плюс электромагнитного привода? В том, что закон подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Делается это в целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Даже во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный.

Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива.

Поделиться с друзьями:

Статьи по теме:

Зачем менять фазы газораспределения

Качество работы двигателя — его КПД, мощность, крутящий момент и экономичность зависят от многих факторов, в том числе и от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.
В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (то есть ширину фаз), а также величину хода клапанов.
В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. Из-за этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

Так, например, для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.
При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить столь непростую задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими. При этом для лучшей продувки цилиндров фазу перекрытия обычно делают тем шире, чем выше обороты.
Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным. Вот так задачка!
Но конструкторы такие задачи уже давно щёлкают как семечки и способны при помощи сдвига и изменения ширины фаз газораспределения менять характеристики двигателя до неузнаваемости. Поднять момент? Пожалуйста. Повысить мощность? Не вопрос. Снизить расход? Не проблема. Правда, подчас получается так, что при улучшении одних показателей приходится жертвовать другими.
А что если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Запросто. Благо способов для этого придумана масса. Один из них — применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. Наиболее часто такая система устанавливается на впуске. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.
о неуёмные инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами. Например, в тойотовской системе VVTL-i после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в 6000—6500 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.
Изменять момент и продолжительность открытия — это замечательно. А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм (ГРМ).
Чем вредна заслонка? Она ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних оборотах. Ведь во впускном тракте под прикрытым дросселем при работе двигателя создаётся сильное разрежение. К чему оно приводит? К большой инертности разреженной газовой среды (топливовоздушной смеси), ухудшению качества наполнения цилиндра свежим зарядом, снижению отдачи и уменьшению скорости отклика на нажатие педали газа.
Поэтому идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое для достижения нужного наполнения цилиндра горючей смесью. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. По разным данным, экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах 5—15 %. Но и это не последний рубеж.
Несмотря на то что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать ещё выше. За счёт чего? За счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод здесь сдаёт позиции электромагнитному.
В чём ещё плюс электромагнитного привода? В том, что закон (ускорение в каждый момент времени) подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Зачем? В целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Да что режимы — прямо во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный. Интересно, скоро ли появятся такие системы на конвейере?
Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива. Но это — уже совсем другой разговор.

Зачем менять фазы газораспределения Фазы газораспределения в поршневых двигателях внутреннего сгорания — это моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (окон). Фазы газораспределения обычно выражаются в градусах поворота коленчатого вала и отмечаются по отношению к начальным или конечным моментам соответствующих тактов. Зачем менять фазы газораспределения Тюнеры часто мудрят со сдвигом фаз при помощи таких сборных звёздочек. Заменив штатный распредвал на «спортивный» с другими фазами, можно добиться существенной прибавки мощности. Зачем менять фазы газораспределения Хондовская VTEC (Variable Valve Timing and Electronic Control) так же, как и тойотовская VVT-I (Variable Valve Timing with intelligence), позволяет плавно изменять фазы газораспределения фазовращателем с гидравлическим управлением. Это достигается путём поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных клапанов в диапазоне 40—60° (по углу поворота коленчатого вала). Зачем менять фазы газораспределения Doppel-VANOS (Doppel Variable Nockenwellen Steuerung) от BMW умеет двигать фазы плавно от начального до конечного значения. При помощи гидравлики система заведует как процессами впуска, так и выпуска. Зачем менять фазы газораспределения Механизм газораспределения 3,2-литровой «шестёрки» FSI от Audi приводится цепями со стороны маховика. У каждого распределительного вала свой фазовращатель. Зачем менять фазы газораспределения Система Valvetronic позволила отказаться от дроссельной заслонки, система меняет и степень открытия клапанов и фазы. Применяется она на моторах BMW с 2001 года. Ход клапана меняется при помощи электродвигателя и сложной кинематической схемы и пределах 0,2–12 мм.
Зачем менять фазы газораспределения Аналогичная система от немецкой компании Mahle. Зачем менять фазы газораспределения Система Variable Valve Event and Lift System (VEL), разработанная Ниссаном, напоминает баварский Valvetronic. Специальный эксцентрик, который приводится от электродвигателя, смещает точку опоры коромысла, и за счёт этого изменяет ход клапана. Высота подъёма варьируется в пределах 0,5–2 мм. Зачем менять фазы газораспределения Так работает «трёхступенчатый» i-VTEC (Intelligent Variable Valve Timing and Lift Electronic Control). На низкой частоте вращения топливо экономится благодаря тому, что половина впускных клапанов практически дезактивирована. При переходе на средние обороты ранее «дремавшие» клапаны включаются в работу, но их амплитуда не максимальна. На мощностных режимах впускные клапаны начинают работать от единственного центрального кулачка. Он обеспечивает максимальный подъём клапанов, кроме того, его профиль специально заточен под мощностные режимы. Управление режимами осуществляется гидравликой и электроникой. Зачем менять фазы газораспределения

Фазы газораспределения | Газораспределительный механизм (ГРМ)

В современных двигателях скорость вращения коленчатого вала достигает 3000—4000 оборотов в минуту. Иначе говоря, в секунду каждый поршень делает 100—120 ходов. При таком режиме работы двигателя на совершение каждого такта приходится очень мало времени. Поэтому для лучшего наполнения цилиндров и их лучшей очистки клапаны открываются не тогда, когда поршень уже находится в мертвой точке, а несколько раньше и закрываются уже после того, как поршень пройдет мертвую точку.

Величины опережения открытия или запаздывания закрытая клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала от положения, соответствующего верхней или нижней мертвой точке, называются фазами газораспределения. У большинства двигателей впускной клапан открывается тогда, когда поршень не доходит до верхней мертвой точки на 5—30°, считая по углу поворота коленчатого вала, в результате чего обеспечивается лучшее наполнение цилиндра горючей смесью. Впускной клапан закрывается только после того, как поршень пройдет нижнюю мертвую точку и коленчатый вал повернется на 39—110°, т.е. тогда, когда полностью закончится такт впуска и начнется такт сжатия. Поступление горючей смеси вследствие инерции продолжается еще некоторое время, хотя уже начался другой такт. Этим улучшается наполнение цилиндров,

Выпускной клапан обычно.открывается с опережением на 44—71° до нижней мертвой точки, т.е. тогда, когда рабочий ход еще полностью не закончился. При этом газы, находясь в цилиндре под значительным давлением, начинают быстро выходить в выпускной трубопровод, хотя поршень и продолжает свое движение вниз.

Закрытие выпускного клапана происходит также с запаздыванием на 6—37°. Несмотря на то что поршень в это время начинает движение вниз, отработавшие газы по инерции все еще продолжают выходить в выпускной трубопровод. При этом происходит перекрытие клапанов, т. е. на некоторое время выпускной и впускной клапаны остаются открытыми. Тем самым осуществляется продувка цилиндра горючей смесью, способствующая лучшему очищению цилиндра от отработавших газов.

Фазы газораспределения для наглядности изображаются обычно в виде диаграммы.

Рис. Диаграмма фаз газораспределения двигателя ЗИЛ-157К

Наивыгоднейшие фазы газораспределения определяются при проектировании двигателя в зависимости от его конструкции и быстроходности. Углы опережения и запаздывания и, следовательно, продолжительность открытия клапанов делают тем больше, чем. больше число оборотов коленчатого вала двигателя, соответствующее его максимальной мощности.

Фазы газораспределения

Лабораторная работа №3. Проверка фаз газораспределения ДВС.

Цель. Ознакомление на практике с организацией процессов газообмена в 4-х тактных и двухтактных двигателях; ознакомление с принципом работы и устройством распределительных механизмов приобретение практических навыков по регулировке ГРМ и проверке фаз газораспределения.

Правильный выбор фаз газораспределения оказывает значи­тельное влияние на целый ряд показателей работы двигателей: качество очистки и наполнения цилиндра, работу, затрачиваемую на газообмен, температурный уровень горячих деталей, условия работы выпускной тур­бины и компрессора, эффективность использования выпускных газов и др.

Как известно, для получения оптимальных условий газообмена целе­сообразно осуществлять начало открытия и конец закрытия газораспре­делительных органов с некоторым предварением открытия и запаздыва­нием закрытия, являющимися оптимальными для данного типа двигателя и условий его работы.

Предварение открытия выпускного органа (клапана или окна) до н. м. т. способствует эффективной очистке цилиндра от продуктов сгорания, достижению наибольших проходных сечений при положении поршня у н. м. т., снижению динамических нагрузок на кла­пан в начальной стадии его открытия, уменьшению затраты энергии на выталкивание продуктов сгорания и др.

Запаздыванием закрытия выпускного органа (за в.м.т.) обеспечи­вается: дополнительное удаление части остаточных газов за в.м.т. за счет эжектирующего действия потока выпускных газов; достаточное время — сечение для удаления газов в конце процесса выталкивания про­дуктов, сгорания; настройка характера импульсов в газовыпускной си­стеме и др.

Предварение открытия впускного клапана (до в.м.т.) создает условия для получения наибольших проходных сечений в клапанах к моменту на­чала наполнения (у в.м.т.) и осуществления продувки камеры сгорания (КС) за счет перекрытия клапанов.

Запаздывание закрытия впускного клапана (за н. м. т.) дает возмож­ность продлить процесс наполнения за н. м. т., использовать газодинами­ческий напор воздуха для дозарядки и осуществить продувку КС.

С увеличением степени быстроходности двигателей время действия клапана уменьшается; в связи с этим начало предварения и запаздывания впуска и выпуска следует соответственно увеличить.

Рис.1 Перекрытие впускных и выпускных клапанов

1 – свободный выпуск;2-принудительный выпуск;3 –продувка;

4 — наполнение

У большей части двигателей ( особенно с надувом) в результате запаздывания закрытия выпускных клапанов и предварения открытия впускных происходит перекрытие клапанов, т.е. одновременное открытие впускного и выпускного клапанов при положении поршня около в.м.т.(рис.1). Это способствует более совершенной очистке КС, интенсификации продувки КС и заполнению ее воздухом повышенного давления ( вдизелях с ГТН), а также снижению температуры горячих деталей КС

Фазы газораспределения зависят от типа двигателя, особенностей его конструкции, степени быстроходности и других факторов. Оптимальные фазы газораспределения устанавливают экспериментальным путем.

Рис.2. Влияние установки фаз выпуска Рис.3. Влияние фаз газораспределения на ηн

на ηн при переменной частоте вращения

Влияние неправильной установки фаз газораспределения, например для процесса выпуска газов, схематически показано на рис. 2. При слишком раннем открытии клапана (точка 2) уменьшается площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и мощность дизеля. К потери площади приводит и слишком позднее открытие клапана (точка 1). Правильная установка момента предварения выпуска (точка 3) обеспечивает наименьшие потери полезной части диаграммы ( сплошная кривая вправо от точки 3).

В судовых ВОД, работающих при переменной частоте вращения, разным значениям n соответсвует различные оптимальные фазы распределения (рис. 3): кривая 1 для высоких n; кривая 2 – для низких n. В эом случае желательно сходить из оптимальных фаз распеделения, обеспечивающих наиболее высокие ηн на основних, наиболее частых и длительных режимах работы.

В таблице приведены данные по фазам газораспределения четырехтактных судових ДВС.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о