Системы изменения фаз ГРМ: типы и особенности работы

В современном автомобиле механизм управления фазами газораспределения необходим для подачи воздуха или горючей смеси в цилиндры двигателя, а также для выпуска отработавших газов из цилиндров.

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. 

15.08.2016 в 14:25 0
Посмотрите похожие материалы
Подписаться на новостную рассылку
x
Вход на сайт
x
Регистрация
Информация об учетной записи
Существующий адрес электронной почты. Все почтовые сообщения с сайта будут отсылаться на этот адрес. Адрес электронной почты не будет публиковаться и будет использован только по вашему желанию: для восстановления пароля или для получения новостей и уведомлений по электронной почте.
Укажите пароль для новой учетной записи в обоих полях.
User Roles
Юридическая информация
x
Новостная рассылка

С нами уже 751 профессионалов

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Введите символы с картинки