Электромагнитный клапан фаз газораспределения. Зачем менять фазы газораспределения

Подробности

Что такое фазы газораспределения в двигателе внутреннего сгорания? Именно с этого ответа на вопрос мы начнем с вами статью.

Фазами газораспределения принято считать момент с начала открытия и до конца закрытия впускного или выпускного клапана, относительно положения поршня (верхняя или нижняя мертвая точка), выраженного в градусах угла поворота коленчатого вала.

В большинстве двигателей внутреннего сгорания установленных на автомобилях, фазы газораспределения одинаковы на всех режимах работы двигателя, то есть они остаются неизменными, будь это холостой ход или режим полной нагрузки на высокой частоте вращения коленчатого вала. В результате все это сказывается на малой эффективности работы двигателя и снижению его КПД, так как на разных режимах работы требуется разная величина фаз газораспределения. Например, для низких оборотов требуются короткие фазы, имеющие минимальную продолжительность, для высоких оборотов наоборот, необходимы широкие фазы, которые будут перекрывать такт впуска и выпуска.

Мы знаем, что работой впускных и выпускных клапанов управляет распределительный вал, точнее его кулачки. Так вот, чтобы на двигателях с постоянными фазами газораспределения, добиться оптимальной работы, как на низких, так и на высоких оборотах, особое внимание инженеры конструкторы уделяют форме и размерам кулачков распредвала, ведь именно от них зависит продолжительность фазы газораспределения.

В поисках компромиссов чему больше отдать предпочтение высокому крутящему моменту на низких оборотах или повышенной мощности на высоких оборотах, инженеры потихоньку пришли к решению создать систему с изменяемыми фазами газораспределения . В которой для каждого режима работы двигателя фазы газораспределения будут индивидуальны.

Впервые система изменения фаз газораспределения была применена в 1983 на легендарной марке автомобилей Альфа Ромео. После удачного опыта, применение данной системы, она стало появляться и на других известных марках, таких как Mercedes-Benz, Porsche, BMW, Honda и др.

Основными положительными качества данной системы являлось то, что получилось добиться:

Заметного улучшения работы двигателя на холостом ходу.
Снижение расхода топлива.
Увеличение мощности.
Оптимального крутящего момента на различных оборотах.
Естественной рециркуляции отработавших газов, а с ней и уменьшение выбросов оксида азота в атмосферу.

Добиться изменения фаз газораспределения можно несколькими способами, на данный момент их три:

с помощью поворота распредвала.
применение кулачков разной формы.
изменением высоты подъема клапанов.

Данный способ изменения фаз нашли применение на следующих марках автомобилей:

Toyota - VVT-i (Dual VVT-i);
Volkswagen - VVT;
Honda - VTC;
Volvo, Hyundai, Kia - CVVT;
Renault - VCP;
BMW VANOS;
General Motors;

На впускном (аналогично и на выпускном) распределительном валу расположена гидромуфта, которая под контролем блока управления поворачивает его на заданный угол, тем самым, изменяя фазу газораспределения.

Весь механизм установлен на головке блока цилиндров, снизу к нему подходят масляные каналы системы смазки двигателя для управления обоими гидромуфтами. На корпусе механизма установлены два электрогидравлических распределителя, которые и обеспечивают подвод масла к муфте.

состоит из ротора, жестко закрепленного на распределительном валу и корпуса муфты в роли, которой выступает шкив газораспределения. В роторе расположены масляные каналы, по которым масло заполняет камеры образованные между ротором и корпусом. Заполнение той или иной части камеры приводит к повороту ротору относительно корпуса, что в итоге обеспечивает поворот распределительного вала на необходимый в данный момент угол.

Сама система устроена таким образом, что в блок управления поступают основные сигналы параметров двигателя: частота вращения двигателя, расход воздуха и его температура, температура охлаждающей жидкости, данные с датчиков Холла установленных на механизме газораспределения. На основании этих данных блок управления посылает сигналы электрогидравлическим распределителям, которые в свою очередь управляют самой гидромуфтой, под действием давления масла в системе смазки автомобиля.

Эту технологию себе на вооружения взяли следующие марки: В первую очередь снова выступает Honda со своей известной системой – VTEC;

Toyota - VVTL-i;
Mitsubishi - MIVEC;
Audi - Valvelift System;

Данный вид системы изменения фаз газораспределения разберем на примере системы VTEC.

Система устроена следующим образом: На каждый цилиндр имеется два впускных клапана 1, три коромысла 2 и три кулачка на распределительном валу. Два крайних одного размера 3, а третий по середине большего 5.

На малых оборотах под воздействием малых кулачков усилие на впускные клапана передаются через крайние коромысла, обеспечивая их открытие в данном режиме. Среднее коромысла в этом режиме работы двигателя не участвует, что в итоге обеспечивает короткие фазы газораспределения.
При переходе двигателя в режим высоких оборотов автоматически срабатывает гидравлический блокирующий механизм 4, который соединяет все коромысла между собой вместе.
Теперь на коромысла воздействует только средний, кулачок большего размера, что приводит к удлинению фаз газораспределения.

В другой модификации системы VTEC, в отличие от предыдущей, присутствуют три режима регулировки, на малых, на средних и на высоких оборотах. В этой системе три кулачка разного размера. На малых оборотах в работе участвует один малый кулачок, открывающий только один впускной клапан. На средних оборотах два малых кулачка открывающие оба клапана. На высоких оборотах, так же как и в предыдущем случае, один большой открывающий оба клапана.

На современных двигателях Honda использует результат двух объединенных систем VTEC и VTC, такая система получила название I-VTEC. Она более сложная, нежели ее предшественники, но в то же время благодаря объединению этих двух систем в единое целое I-VTEC получила возможность расширить параметры регулирования.

Первый успех в применении системы регулировки высоты подъема впускного клапана добилась BMW, представив в 2001 году на Женевском автосалоне своей BMW 316ti Compact с системой Valvetronic.

После успеха BMW в освоение данной системы, добились подобного результата и следующие марки:

Nissan - VEL;
Toyota – Valvematic;
Fiat – MultiAir;
Peugeot - VTI;

1) Электродвигатель (сервопривод). 2) Червячный вал. 3) Пружина возвратная. 4) Впускной распредвал. 5) Выпускной распредвал. 6) Червячная шестерня. 7) Эксцентриковый вал. 8) Промежуточный рычаг. 9) Коромысло впускного клапана. 10) Гидрокомпенсатор выпускного клапана. 11) Коромысло выпускного клапана. 12) Выпускной клапан. 13) Гидрокомпенсатор впускного клапана. 14) Впускной клапан.

В системе изменения высоты подъема клапанов помимо классической связки распределительный вал – коромысло – клапан, присутствует еще эксцентриковый вал и промежуточный рычаг.

Так же как и в предыдущих системах всем управляет блок управления, получающий сигналы с датчиков установленных на двигатели. Сопоставляя все поступившие сигналы, он посылает сигнал управления сервоприводу 1, который через червячный вал 2, вращает эксцентриковый вал 9.

Эксцентриковый вал 9 в свою очередь изменяет положение промежуточного рычага 10, а он через коромысло 11 высоту подъема впускного клапана 16 регулируя фазы газораспределения. Таким образом, данная система может очень точно подобрать необходимую фазу газораспределения на любых оборотах.

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РУССКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА"

"ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ"

«МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ»

Система регулирования фаз газораспределения посредством поворота распределительного вала.
(на примере двигателей R5, V6, W8 и W12 концерна Volkswagen)

Одним из способов приведения рабочих характеристик двигателя к оптимальным на различных режимах работы (на холостом ходе, режиме максимальной мощности и максимального крутящего момента), является автоматическое (в зависимости от частоты вращения КВ, и степени открытия дроссельной заслонки) изменение фаз газораспределения.
У разных автопроизводителей системы регулирования могут конструктивно отличаться.
На рядных пятицилиндровых двигателях, двухрядных шестицилиндрованных двигателях, а также на трёхрядных W - образных двигателях W8 и W12 фирмы Volkswagen регулирование осуществляется за счет поворота впускного и выпускного распределительных валов по фазе в зависимости от текущей нагрузки. Поворот валов обеспечивают гидроуправляемые муфты, работающие по команде ЭБУ (электронного блока управления) системы управления двигателем.

Фазы газораспределения каждого конкретного двигателя подбираются в соответствии с его конструкцией. Общие положения фаз для основных режимов работы указанных двигателей сформулированы ниже и показаны на рисунке phase_one , позиция I.
На режиме холостого хода количество остаточных газов в топливовоздушной смеси должно быть минимальным для обеспечения устойчивой работы двигателя .
Распределительный вал, управляющий впускными клапанами должен поворачиваться таким образом, чтобы обеспечить достаточно позднее открытие и позднее закрытие впускных клапанов. Выпускной вал должен поворачивается так, чтобы выпускной клапан закрывался «рано» т.е., задолго до прихода поршня в ВМТ.
В режиме максимальной мощности при полностью (или, почти полностью) открытой дроссельной заслонке и высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя, для достижения наибольших мощностных характеристик, необходимо обеспечить высокое давление газов на поршень и большую продолжительность такта рабочего хода (продолжительность давления газов на поршень) .
Распределительные валы поворачиваются таким образом, чтобы выпускной клапан открывался с относительной задержкой, а впускной клапан открывался с относительным запаздыванием после ВМТ и закрывался с относительным запаздыванием после НМТ.
Для получения высокого крутящего момента необходимо обеспечить максимально возможное наполнение цилиндров топливовоздушной смесью (наибольший коэффициент наполнения) . При сгорании бo льшего количества смеси на поршень действует бo льшее давление газов и крутящий момент увеличивается.
Распределительные валы необходимо повернуть таким образом, чтобы впускные клапаны раньше открывались и раньше закрывались, а выпускные клапаны закрывались с небольшим опережением до ВМТ.
Рециркуляция отработавших газов осуществляется с целью снижения выбросов в атмосферу окислов азота. Следует различать внутреннюю и внешнюю рециркуляцию. Посредством регулирования фазами газораспределения управляют внутренней рециркуляцией, которая осуществляется за счёт поступления части отработавших газов из цилиндра двигателя во впускные каналы при такте выпуска в период перекрытия клапанов (т.е., в период одновременного открытия впускного и выпускного клапанов). При этом количество рециркулируемых газов зависит, главным образом, от продолжительности перекрытия фаз. Перекрытие фаз достигается при открытии впускных клапанов задолго до ВМТ и закрытии выпускных клапанов непосредственно перед ВМТ.

Внешняя рециркуляция подразумевает принудительный возврат части отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор. Отбор и перераспределение газов осуществляется системой рециркуляции. Отработавшие газы, поступившие во впускной трубопровод, участвуют в процессе смесеобразования и попадают в цилиндры двигателя в составе топливовоздушной смеси.

К преимуществам внутренней рециркуляции относятся ускоренная реакция системы и лучшее распределение рециркулируемых газов по цилиндрам.

Система регулирования фаз газораспределения показана на рисунке phase_one , позиция - II и имеет следующие компоненты:гидроуправляемую поворотную муфту, корпус механизма газораспределения, электрогидравлический распределитель.
Гидроуправляемая поворотная муфта устанавливается непосредственно на распределительный вал (впускной и выпускной) двигателя и, по сигналу с электронного блока управления, поворачивает его (вал) на определённый угол.
Муфта является гидравлическим устройством, подключённым через корпус механизма газораспределения и электрогидравлический распределитель к системе смазки двигателя.
Муфта (см. рисунок phase_two , позиция – I) состоит из корпуса, выполненного заодно со звёздочкой цепного привода распределительного (впускного или выпускного) вала, и ротора, помещённого внутрь корпуса муфты и жёстко закреплённого на переднем конце вала. Ротор муфты имеет лопасти, которые размещаются в пазах корпуса муфты (статора). Пазы формируют масляные камеры.
В зависимости от положения клапана электрогидравлического распределителя масло в масляную камеру может поступать с той или другой стороны лопасти статора.
Корпус механизма газораспределения установлен на головке цилиндров двигателя. Внутри корпуса выполнены каналы для подвода масла к деталям системы.
Электрогидравлические распределители размещаются на корпусе механизма газораспределения и служат для подвода масла из системы смазки двигателя к муфтам распределительных валов.

Управление системой изменения фаз газораспределения осуществляется электронным блоком управления двигателя. Общая схема системы управления показана на рисунке phase_three .
Блок управления получает и обрабатывает сигналы датчиков о частоте вращения и мгновенном положении валов двигателя, нагрузке двигателя и его температуре. Моментальное положение распределительных валов определяется ЭБУ по сигналам с датчиков Холла. После сравнения данных о текущем положении вала с многопараметровыми характеристиками, записанными в памяти ЭБУ, блоком управления выдается команда (управляющий сигнал) исполнительному механизму (электрогидравлическому клапану) на изменение текущего положения. В соответствии с этой командой производится перемещение золотникового клапана электрогидравлического распределителя. При этом распределитель соединяет масляные камеры корпуса муфты с одним из каналов – нагнетательным или сливным. Нагнетательный канал находится под давлением системы смазки двигателя. Сливной канал является частью контура слива системы смазки.
Подаваемое по нагнетательному каналу масло поступает в масляные камеры гидроуправляемой муфты и, воздействуя на лопатки ротора муфты, вызывает поворот распределительного вала в требуемом направлении (например, раннего открытия).
Объём масляной камеры по другую сторону лопастей ротора автоматически соединяется со сливной магистралью.
Когда распределительный вал повернётся на требуемый угол, золотник распределителя фиксируется в положении, при котором по обе стороны каждой из лопастей ротора муфты будет поддерживаться одинаковое давление масла.
Если требуется поворот распределительного вала в обратную сторону (более позднего открытия клапанов), процесс регулирования производится с подачей масла в обратном направлении.

Регулирование обеспечивает плавное изменение угла установки впускного распределительного вала в диапазоне 52° по углу поворота кривошипа КВ и выпускного вала – до 22°.

Управление впускным распределительным валом.

I. Установка распределительного вала в положение "ранних" фаз газораспределения .

Для обеспечения внутренней рециркуляции отработавших газов и для повышения крутящего момента двигателя впускные клапаны должны открываться до прихода поршня в ВМТ в конце такта выпуска. Блок управления двигателем подает управляющий импульс на электрогидравлический распределитель золотник которого перемещается и открывает расположенный в корпусе механизма газораспределения масляный канал. Масло из системы смазки двигателя поступает под давлением в кольцевую проточку на распределительном вале. Далее оно подается через 5 торцевых отверстий в 5 камер гидроуправляемой поворотной муфты. Поворот распределительного вала осуществляется под давлением масла, действующего на лопасти соединенного с ним ротора муфты. Так как распределительный вал поворачивается в направлении вращения коленчатого вала двигателя, впускные клапаны открываются раньше .
phase_two , позиция – II.
При выходе системы регулирования фаз газораспределения из строя,
гидроуправляемая муфта возвращается под давлением масла в исходное положение, при котором впускные клапаны открываются через 25° после ВМТ.

II. Перестановка распреределительного вала в положение "поздних" фаз газораспределения .

При работе двигателя на режиме холостого хода, а также при работе в режиме максимальной мощности впускной распределительный вал поворачивается в сторону "поздних" фаз, обеспечивая открытие впускных клапанов после ВМТ. Для переустановки вала блок управления двигателем подает на электрогидравлический распределитель управляющий сигнал. Золотник распределителя перемещается и открывает масляный канал в корпусе газораспределительного механизма, через который масло подается в кольцевую проточку на распределительном вале и далее: в отверстия в распределительном вале – в одностороннее отверстие в болте крепления гидроуправляемой муфты – в пять отверстий, выполненных в роторе – в полости лопастных камер. Под давлением масла, действующего на лопасти ротора муфты, ротор и соединенный с ним распределительный вал поворачиваются против направления вращения коленчатого вала, что приводит к более позднему открытию клапанов.
Одновременно с открытием канала, обеспечивающего поступление масла к ротору для поворота распределительного вала в сторону "поздних" фаз газораспределения, электрогидравлический распределитель открывает также канал для слива масла из полостей муфты, используемых для поворота распределительного вала в сторону «опережения».
Работу системы поясняет рисунок phase_two , позиция – III.

Управление выпускным распределительным валом.

В противоположность впускному валу выпускной распределительный вал может быть
установлен только в двух положениях: 1) в исходном положении и 2) в положении, соответствующем оборотам холостого хода двигателя.
Конструкция гидроуправляемой поворотной муфты выпускного вала аналогична конструкции муфты впускного вала, но имеет более широкие лопасти в силу того, что вал должен поворачиваться на меньший угол (максимум на 22° по коленчатому валу).
Принцип действия системы регулирования аналогичен описанному выше для впускного вала и поясняется рисунками phase_one и phase_two .

I. Установка распределительного вала в «исходное» положение.

Выпускной распределительный вал находится в «исходном» положении при пуске двигателя и работе двигателя на режимах, когда мощность и крутящий момент близки к максимальному значению, а также на режимах, когда необходимо увеличение рециркуляции отработавших газов.
При нахождении вала в «исходном» положении выпускные клапаны закрываются незадолго до прихода поршня в ВМТ.
Для установки вала в исходное положение электрогидравлический распределитель обесточивается ЭБУ. При этом золотниковый клапан распределителя также занимает «исходное» положение и открывает масляный канал, через который моторное масло подается в камеры гидроуправляемой муфты и, воздействуя на лопасти ротора, поворачивает распределительный вал в сторону запаздывания до упора (т.е. в крайнее – «исходное» положение).

II. Переустановка распределительного вала в положение «холостой ход».

На режимах холостого хода и при частотах вращения коленчатого вала двигателя не превышающих 1200 об/мин выпускной вал поворачивается по ходу вращения КВ в сторону "ранних" фаз газораспределения.
Для установки вала на режим холостого хода ЭБУ подаетуправляющий сигнал на электрогидравлическийраспределитель. Золотниковый клапан распределителяперемещается в положение, при которомоткрывается масляный канал, через который моторноемасло под давлением поступает в кольцевуюканавку распределительного вала и далеечерез сверления в нем – в камеры муфты. Из объёма, находящегося с противоположной стороны лопастей, масло сливается через сверление в болте крепления, кольцевую проточку на вале золотника распределителя и далее в полость под крышкой привода механизма газораспределения. Поддавлением масла, действующего на лопасти ротора, ротор вместе с выпускным валом поворачиваются в направлении вращения, что приводит к более раннему открытию и закрытию выпускных клапанов.

› Зачем менять фазы газораспределения

К ачество 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.

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.

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.

Тюнеры часто мудрят со сдвигом фаз при помощи таких сборных звёздочек. Заменив штатный распредвал на «спортивный» с другими фазами, можно добиться существенной прибавки мощности.

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.

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).

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.

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.

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.

Механизм газораспределения 3,2-литровой «шестёрки» FSI от Audi приводится цепями со стороны маховика. У каждого распределительного вала свой фазовращатель.

Но 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.

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.

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).

Аналогичная система от немецкой компании Mahle.

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.

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.

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.

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.

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.

Осенью 2007 года Toyota запустит в производство моторы с газораспределительным механизмом Valvematic, который будет изменять не только фазы газораспределения, но и высоту подъёма впускных клапанов. Не секрет, что многие производители достаточно давно применяют подобные системы. Но Toyota в серию такую систему запускает впервые. Мощность двухлитрового атмосферника 1AZ-FE , благодаря новому газораспределительному механизму, удалось поднять со 152 до 158 сил, а момент - с 194 до 196 Нм.

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?

А это схема работы механизма VVTL-i , предложенная компанией Toyota. Здесь высота подъёма и продолжительность открытия обоих впускных клапанов изменяются скачкообразно. При работе двигателя на частотах вращения коленчатого вала до 6000 об/мин высота подъёма и продолжительность открытия обоих клапанов задаются кулачком (1), который через рокер (5) воздействует на оба клапана. На оборотах выше 6000 закон движения клапанов задаётся более высоким кулачком (2). Чтобы ввести его в строй, нужно переместить сухарь (3) вправо (сухарь перемещается под давлением масла, которое в нужный момент повышается в управляющей магистрали). После того как сухарь переместился вправо, кулачок (2) через шток (4), который до этого времени свободно качался, начинает воздействовать на клапаны через рокер.

Опытный образец четырёхцилиндрового мотора с электромагнитным приводом клапанов и непосредственным впрыском был создан компанией BMW. Здесь количество воздуха, поступающего в цилиндр, регулируется продолжительностью открытия клапана, ход при этом не регулируется. Якорь подпружиненного клапана помещён между двумя мощными электромагнитами, которые призваны удерживать его только в крайних положениях. Чтобы предотвратить ударные нагрузки, каждый раз при приближении к крайнему положению клапан тормозится. Положение и скорость перемещения клапана фиксируются специальным датчиком.

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.

Фазорегулятор, фазовращатель или "фазер" - это устройство в современных двигателях позволяющее изменять коэффициент наполнения цилиндров за счет изменения перекрытия клапанов. Благодаря регулируемым фазам газораспределения можно влиять как на количество свежего заряда, так и на долю остаточных отработавших газов. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала и от степени открытия дроссельной заслонки поведение поступающего в цилиндр заряда и выход из него отработавших газов сильно меняются. При установке постоянных фаз газораспределения газообмен возможно оптимизировать лишь для определенного диапазона частот вращения. Регулируемые фазы газораспределения позволяют вносить корректировки с учетом изменения частоты вращения коленчатого вала и различного наполнения цилиндров рабочей смесью.

Все это в результате дает следующие преимущества: Увеличение выходной мощности двигателя; Получение благоприятной характеристики изменения крутящего момента в широком диапазоне оборотов коленчатого вала; Снижение содержания вредных веществ в отработавших газах; Уменьшение расхода топлива; Снижение шумности работы двигателя. В обычном двигателе коленчатый и распределительный валы связаны друг с другом механически (посредством зубчатого ремня, шестерен или цепи). В двигателях с регулированием фаз газораспределения с помощью поворота распределительного вала можно добиться его «рассогласования» с положением коленчатого вала, благодаря чему изменится перекрытие клапанов. Поворот распределительного вала осуществляется посредством электрического или электрогидравлического привода. Простые устройства могут устанавливать вал только в одном из двух положений. Более сложные устройства позволяют в пределах определенного диапазона плавно поворачивать распределительный вал относительно коленчатого. В современных быстроходных двигателях открытие впускного клапана происходит в среднем за 10-35° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие - через 40-85° после н.м.т. Выпускной клапан закрывается через 10-30° после прохода в.м.т. Однако указанные средние пределы открытия и закрытия клапанов по конструктивным соображениям могут быть изменены как в большую, так и в меньшую сторону. Для получения максимальной мощности необходимо обеспечить максимально возможные значения углов опережения открытия и запаздывания закрытия впускных клапанов. На высоких оборотах двигателя наполнение цилиндра происходит благодаря инерции газового потока при еще открытом впускном клапане во время подъема поршня. Наоборот, на низких оборотах двигателя большое значение запаздывания закрытия впускного клапана вызывает частичное вытеснение из цилиндра заполнившей его свежей рабочей смеси, что приводит к значительному уменьшению крутящего момента двигателя. Рассмотрим устройство и принцип действия фазорегулятора на примере двигателя ВАЗ 21179.

Двигатель ВАЗ 21179 оборудован одним фазорегулятором, установленным в зубчатом шкиве впускного распределительного вала.

Шкив состоит из двух частей: крыльчатки с лопатками, закрепленной на распределительном валу и цилиндра с камерами, закрепленного на зубчатом шкиве распределительного вала. При определенных условиях электронный блок управления (ЭБУ) выдает управляющую команду на электромагнитный клапан. Открытый клапан обеспечивает подачу масла под давлением по центральному каналу распределительного вала. Масло поступает через центральное отверстие крыльчатки и отверстие для подъема плунжера. Под воздействием давления масла плунжер смещается вверх и освобождает крыльчатку, в результате чего под действием давления масла лопатки крыльчатки и, соответственно, фазорегулятор поворачиваются в направлении максимального запаздывания закрытия впускных клапанов. При снятии управляющего напряжения на электромагнитном клапане лопатки крыльчатки возвращаются в исходное положение под действием вращения двигателя, после чего плунжер блокирует всю систему в положении минимального запаздывания впускных клапанов.

Электромагнитные управляющие клапаны обеспечивают подачу масла под давлением к фазорегуляторам распределительного вала. При прекращении подачи управляющего напряжения на электромагнитные клапаны от ЭБУ фазорегуляторы возвращают распределительные валы в положение минимального запаздывания впускных клапанов, обеспечивая тем самым получение максимального крутящего момента на малых оборотах. На автомобилях с двигателем ваз-21179 фазорегулятор распределительного вала действует при соблюдении следующих условий: ✔ Частота вращения коленчатого вала двигателя выше 1500 об/мин. ✔ Давление во впускном трубопроводе выше 500 мбар. ✔ Температура охлаждающей жидкости выше 30°C. Управление фазами перекрытия клапанов осуществляется ЭБУ на основе сигналов датчиков положения коленчатого и распределительного валов, температуры охлаждающей жидкости и скорости автомобиля. При этом диапазон регулирования угла поворота распределительного вала в режиме холостого хода составляет 0-5, а в режиме резкого увеличения оборотов 0-30. При этом отношение включенного состояния клапана фазорегулятора составляет 0-2% и 0-60% соответственно. Зная принцип действия и диапазон регулирования, можно диагностировать клапаны фазорегулятора по нескольким параметрам. Для этого необходимо иметь сканер, осциллограф и измеритель разрежения. Отметим, что ЭБУ двигателем не всегда выдает ошибку при неисправности или подклинивании клапана фазорегулятора. При заклинивании управляющего электромагнитного клапана в открытом положении или фазорегулятора в положении максимального опережения открытия впускных клапанов, двигатель неустойчиво работает на холостом ходу, давление во впускном трубопроводе чрезмерно высокое (выше 360 мбар). На осциллограмме представлены зависимости угла поворота распределительного вала от рабочего цикла клапана фазорегулятора отчетливо видно, как от подклинивающего плунжера клапана дестабилизируется угол поворота распределительного вала. Отсюда неустойчивая работа двигателя на холостом ходу и в режиме переменных нагрузок (2000-2500 мин-1). В некоторых случаях при полностью заклинившем клапане двигатель вообще не работает на холостом ходу. Практика показывает, что заклинивание клапана чаще всего вызвано наличием загрязнений в системе смазки двигателя. Это весьма характерно для российских условий, поскольку дороги у нас традиционно грязнее европейских. Для безотказной эксплуатации двигателей, оснащенных системами фазорегуляции, можно рекомендовать сокращение пробега до замены масла.