Современные системы управления фазами ГРМ

Фаза газораспределения непосредственно определяет эффективность работы двигателя внутреннего сгорания. Фаза ГРМ означает своевременное открытие и закрытие клапанов, а также время клапанов в открытом состоянии.

До момента появления фазовращателей, на всех моторах кулачок распределительного вала непосредственно воздействовал на клапан, и определял время открытия клапанов, время, при котором клапан открыт, а также высоту подъема клапана. Отмечу, что движение топливовоздушной смеси и отработанных газов отличается в зависимости от типа режима работы мотора. Этот параметр определяет эффективность работы двигателя.

При наличии фиксированной фазы газораспределительного механизма, перед конструкторами силовых агрегатов стоит серьезная задача — сделать двигатель таким образом, чтобы в режиме минимальных и средних оборотов сохранялся крутящий момент ближе к пиковому значению, а при достижении максимальных оборотов, полка крутящего момента не упала резко. Ко всему прочему, нужно сохранить эластичность в переходных режимах, а также стабильный холостой ход. Фиксированная фаза не дает возможность охватить все режимы работы двигателя с одинаковой эффективностью, поэтому была придумана система изменения фаз ГРМ.

Система регулировки фаз позволяет в динамическом режиме изменять значения фаз, в зависимости от степени нагрузки двигателя и оборотов. Тем самым, распределительные валы смещаются в фазах, а полка крутящего момента выравнивается. Благодаря фазовращателям можно на ходу корректировать время открытия и закрытия клапанов, время перекрытия, высота подъема клапанов. Фазы газораспределения управляют моментом тактов двигателя, смещая момент фазы в ту, или иную сторону.

Что дает фазовращатель

Максимальная величина КПД на атмосферных моторах во многом зависит от фаз ГРМ. Например: в режиме холостого хода требуется максимально узкая фаза, которая означает более позднее открытие впускного или максимально раннее открытие выпускного клапана. В данном случае перекрытие клапанов исключено, когда оба клапана открыты, ведь малое количество оборотов коленвала позволяет выхлопным газам попасть во впускной коллектор, а топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор.

В режиме максимальной мощности требуется большое количество топливно воздушной смеси. Так как коленвал двигается намного быстрее, то времени на открытие клапанов остается крайне мало, отчего на некоторых моторах клапана не успевают закрываться, и “зависают”, встречаясь с поршнем.

Фазовращатель, для максимального наполнения, позволяет раньше открыть клапан, а также увеличить время его открытия, что называется “расширить фазу”. Тем самым, расширяется фаза перекрытия для обеспечения качественной продувки цилиндра.

Кулачок распредвала имеет такую форму, которая обеспечивает широкую и узкую фазу. Проблема фиксированной фазы заключается в невозможности одновременного обеспечения узкой и широкой фазы. Это говорит о том, что инженеры подобрали форму кулачка таким образом, чтобы обеспечить баланс между максимальным крутящим моментом на средних оборотах, и максимальной мощности на высоких оборотах.

Фазовращатель же обеспечивает гибкость, позволяющую подстраивать фазы под конкретный режим работы мотора, а итог такого действия — достижение крутящего момента в необходимом диапазоне оборотов и топливная экономичность.

Какие бывают виды фазовращателей

В современных моторах применяются три вида регулировки фаз ГРМ:

• система поворота распределительного вала;
• различный профиль кулачков распредвалов;
• механизм изменения подъема клапанов.

Гидроуправляемая муфта системы фазовращателя

Наиболее распространенная система изменения фаз посредством сдвига шестерни распредвала посредством давления масла. Такие системы, как Vanos, VVT-I b VCP. Здесь шестерня распредвала сдвигается по ходу движения, и для обеспечения раннего открытия клапанов, позволяет распредвалу вращаться быстрее. Чем выше обороты — тем выше давление масла, которое и вращает шестерню. Такой фазовращатель состоит из:

• ротора, соединенным с распределительным валом;
• корпуса, выступающим также в роли шкива распредвала.

Фазовращатель может стоять как на впускном распредвалу, так и на обоих валах, для достижения максимальной эффективности мотора.

Ступенчатое изменение фаз газораспределения

Посредством эволюции в моторостроении, инженерам удалось эффективно настраивает расширение и сужение фаз. Подобное решение основывается на ступенчатом исполнении кулачков. Система изменения формы кулачков применяется в моторах Honda (VTEC), Mitsubishi (MIVEC) и Toyota (VVTL-i).

Вышеуказанные системы одинаковы по принципу действия, а именно: распределительный вал здесь имеет два кулачка малой формы и один кулачок большого диаметра. Маленькие кулачки сообщаются с клапаном через рокера, а большой кулачок отвечает за движение незадействующего коромысла.

Эта система, в зависимости от режима работы мотора, позволяет переключаться между большим и малым кулачком, изменяя фазу ГРМ. Эластичность переходного режима обеспечивается гидравлическим блокирующим устройством.

При работе на малых оборотах и холостом ходу задействованы малые кулачки с узкой фазой, а при повышении нагрузки задействован широкофазный большой кулачок.

Система регулировки подъема клапана

Новатором этой технологии в 2001 году стала компания BMW с системой Valvetronic. Эта система позволила отказаться от дроссельной заслонки, а количество впускного воздуха определять высотой подъема клапана. Однако, дроссельная заслонка на двигателе присутствует но она все время открыта.

Лучшее решение от образования разряжения — это открытие клапана тогда, когда требуется максимальное наполнение цилиндра смесью. Время открытия клапана зависит от степени нажатия на педаль газа. Valvetronic позволяет экономить до 15% топлива, а также повысить мощность на 10% относительно мотора с таким же объемом.

Данная система имеет в конструкции вал-эксцентрик и промежуточный вал. Эксцентриковый вал вращается при помощи электродвигателя с червячной передачей. Вращение вала воздействует на промежуточный рычаг, который меняя свое положение, заставляет двигаться коромысло в заданном положении, согласно режиму работы ДВС.

Система работает постоянно, в зависимости от режима работы мотор, диапазон подъема клапана может варьироваться от 0,2 до 12 мм.

Современные системы фазовращателей направлены на достижение максимального КПД двигателя от своевременного смещения фазы ГРМ и нужного подъема клапана. Любая из вышеуказанных систем представляет собой сложную конструкцию, которая требует вмешательства в виде обслуживания и ремонта, как минимум раз в 150 000 км.