Фазы газораспределения двигателя. Что это такое?

По своей сути фазы газораспределения — это отрезки времени от момента открытия клапанов двигателя до их полного закрытия относительно мертвых точек.

Сущность и роль фаз газораспределения

На данный момент существуют двигатели, в которых фазы не могут изменяться принудительно, и двигатели, оснащенные механизмами изменения фаз газораспределения (например, CVVT). Для первого типа двигателей фазы подбираются эксперементально при конструировании и расчете силового агрегата.

Нерегулируемые и регулируемые фазы газораспределения

Визуально все они отображаются на специальных диаграммах фаз газораспределения. Верхняя и нижняя мертвые точки (ВМТ и НМТ соответственно) представляют собой крайние позиции поршня, движущегося в цилиндре, которые соответствуют наибольшему и наименьшему расстоянию между произвольной точкой поршня и осью вращения коленвала мотора. Точки начала открытия и закрытия клапанов (длина фазы) показываются в градусах и рассматриваются относительно вращения коленчатого вала.

Управление фазами осуществляется при помощи газораспределительного механизма (ГРМ), который состоит из следующих элементов:

• кулачковый распредвал (один или два);
• клапанный механизм;
• цепной или ременной привод от коленвала к распредвалу.

Газораспределительный механизм

Рабочий цикл двигателя всегда состоит из тактов, каждому из которых соответствует определенное положение клапанов на впуске и выпуске. Таким образом, начало и конец фазы зависят от угла положения коленвала, который связан с распределительным валом, управляющим положением клапанов.

За один оборот распредвала коленчатый вал выполняет два оборота и его суммарный угол поворота за рабочий цикл равен 720°.

Круговая диаграмма фаз газораспределения

Работу фаз газораспределения для четырехтактного двигателя рассмотрим на следующем примере (см. картинку):

1. Впуск. На этом этапе поршень движется от ВМТ к НМТ, а коленвал поворачивается на 180º. Осуществляется закрытие выпускного клапана и последующее открытие впускного. Последние происходит с опережением на 12º.
2. Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, а коленвал совершает еще один поворот на 180º (360º от начального положения). Выпускной клапан остается в закрытом положении, а впускной остается открытым, пока коленвал не повернется на 40º.
3. Рабочий ход. Поршень идет от ВМТ к НМТ под действием силы воспламенения топливовоздушной смеси. Впускной клапан находится в закрытом положении, а выпускной открывается с опережением, когда коленвал еще не дошел 42º до НМТ. На этом такте полный поворот коленвала составляет также 180º (540º от начального положения).
4. Выпуск. Поршень идет от НМТ к ВМТ и при этом выталкивает отработавшие газы. В этот момент впускной клапан закрыт (откроется за 12º до ВМТ), а выпускной остается в открытом положении и после достижения коленвалом ВМТ еще на 10º. Общая величина поворота коленвала на этом такте также 180º (720º от начальной точки).

Фазы грм также зависят от профиля и позиции кулачков распредвала. Так, если они одинаковы на впуске и выпуске, то длительность открытия клапанов также будет одинакова.

Источник: http://techautoport.ru/dvigatel/teoriya/fazy-gazoraspredeleniya.html

Что такое фазы газораспределения двигателя

Коротко о самом механизме ГРМ. Коленчатый вал через ременный привод (во многих современных двс вместо прорезиненного ремня устанавливается цепь) соединен с распредвалом. Когда водитель запускает ДВС, стартер проворачивает маховик. Оба вала начинают синхронное вращение, но с разной скоростью (в основном за один оборот распределительного вала коленчатый совершает два оборота).

На распределительном валу имеются специальные кулачки, выполненные в форме капельки. Когда конструкция проворачивается, кулачок надавливает на подпружиненный шток клапана. Клапан открывается, позволяя топливно-воздушной смеси попасть в цилиндр или удалить выхлоп в выпускной коллектор.

Фазой газораспределения как раз и называется момент, когда клапан начинает открывать впускное/выпускное отверстие до того мгновения, когда происходит его полное закрытие. Каждый инженер, трудящийся над разработкой силового агрегата, рассчитывает, какой должна быть высота открытия клапана, а также на какое время он останется в открытом состоянии.

Источник: http://avtotachki.com/chto-takoe-fazy-gazoraspredeleniya-i-kak-oni-rabotayut/

Что такое фазы газораспределения?

a — такт впуска, b — такт сжатия c — рабочий такт d — такт выпуска

Что такое тепловой зазор? В процессе работы двигателя клапаны и детали привода клапана нагреваются, длина их увеличивается. В результате

1. Распределительный вал привода выпускных клапанов (кулачки)

2. Свеча зажигания

3. Распределитель­ный вал привода впускных клапанов

4. Форсунка

5. Впускной клапан

6. Выпускной клапан

7. Камера сгорания

8. Поршень

9. Цилиндр

10. Шатун

11. Коленчатый вал

М — крутящий момент,  а — угол поворота коленчатого вала, s  — ход поршня, Vh— рабочий объем цилиндра, Vc — объем сжатия.

Устройство клапанного механизма Клапанный механизм включает в себя следующие детали: клапаны, на­правляющие втулки, седла клапанов, возвратные пружины, опорные тарел­ки, сухари, механизм вращения клапана.

Источник: http://autoezda.com/-dviglo/502-fazu.html

Влияние фаз газораспределения на работу двигателя

В зависимости от того, в каком режиме работает мотор, газораспределение должно начинаться либо раньше, либо позже. Это влияет на КПД агрегата, его экономичность и максимальный крутящий момент. Причина в том, что своевременное открытие/закрытие впускного и выпускного коллекторов имеет ключевое значение в максимально эффективном использовании энергии, высвобождающейся в процессе сгорания ВТС.

Если впускной клапан начинает открываться не в тот момент, когда поршень выполняет такт впуска, то будет происходить неравномерное наполнение полости цилиндра свежей порцией воздуха и горючее хуже смешается, что приведет к неполному сгоранию смеси.

Что касается выпускного клапана, то он тоже должен открываться не раньше, чем поршень займет нижнюю мертвую точку, но и не позже того, как он начнет свой ход вверх. В первом случае компрессия упадет, а вместе с ней мотор потеряет мощность. Во втором – продукты горения при закрытом клапане будут создавать сопротивление для поршня, начавшего свой подъем. Это дополнительная нагрузка на кривошипно-шатунный механизм, что может вывести из строя некоторые его детали.

Для адекватной работы силового агрегата требуются разные фазы газораспределения. Для одного режима нужно, чтобы клапана открывались раньше и закрывались позже, а для других – наоборот. Также имеет большое значение параметр перекрытия – будут ли одновременно открыты оба клапана.

Большинство стандартных моторов имеют неменяющееся газораспределение. Такой двигатель в зависимости от типа распредвала будет иметь максимальную эффективность либо в спортивном режиме, либо при размеренной езде на пониженных оборотах.

На сегодняшний день многие автомобили среднего и премиального сегмента оснащаются моторами, система газораспределения которых может менять некоторые параметры открытия клапанов, благодаря чему происходит качественное наполнение и вентиляция цилиндров при разных оборотах коленвала.

Вот как должно выполняться газораспределение на разных режимах двигателя:

1. Холостой ход требует так называемых узких фаз. Это означает, что клапана позже начинают открываться, а момент закрытия у них наоборот – ранний. Одновременного открытого состояния в таком режиме нет (оба клапана не будут одновременно открытыми). Когда вращение коленвала имеет небольшое значение, при перекрытии фаз выхлопные газы могут попадать во впускной коллектор, а некоторый объем ВТС – в выпускной.
2. Максимально мощный режим – для него нужны широкие фазы. Это такой режим, при котором из-за высоких оборотов клапаны имеют меньшую продолжительность открытого положения. Это приводит к тому, что при спортивной езде наполняемость и проветривание цилиндров выполняется некачественно. Чтобы исправить ситуацию, фазы газораспределения нужно изменять, то есть клапаны нужно раньше открыть, а их продолжительность в таком положении должно увеличиться.

Разрабатывая конструкции моторов с изменяемыми фазами газораспределения, инженеры учитывают зависимость момента открытия клапанов от оборотов коленвала. Эти сложные системы позволяют делать мотор максимально универсальным для разных стилей езды. Благодаря такой разработке агрегат показывает широкий спектр возможностей:

• На низких оборотах мотор должен быть тягучим;
• При повышении оборотов он не должен терять мощность;
• Независимо от того, в каком режиме работает ДВС, экономия топлива, а вместе с ней и экологичность транспорта, должна иметь максимально возможный уровень для конкретного агрегата.

Все эти параметры можно изменять за счет замены конструкции распределительных валов. Однако и в этом случае КПД мотора будет иметь свой предел только на одном режиме. Как насчет того, чтобы мотор мог менять профиль самостоятельно в зависимости от количества оборотов коленчатого вала?

Источник: http://avtotachki.com/chto-takoe-fazy-gazoraspredeleniya-i-kak-oni-rabotayut/

Принцип работы

Принцип работы системы заключается в изменении положения распределительных валов относительно шкива коленчатого вала.

Система имеет два направления работы:

• Опережение открытия клапанов.
• Запаздывание открытия клапанов.

Опережение

Масляный насос при работе ДВС создает давление, которое подается на электромагнитный клапан CVVT. ЭБУ за счёт широтно-импульсной модуляции (ШИМ) управляет положением клапана VVT. Когда необходимо отрегулировать исполнительный механизм на максимальный угол опережения, клапан перемещается и открывает масляный канал к камере опережения гидромуфты CVVT. Из камеры запаздывания жидкость в это же время начинает сливаться. Это позволяет переместить ротор с распределительным валом относительно корпуса в противоположное относительно вращения коленвала направление.

Например, угол положения муфты CVVT на холостых оборотах составляет 8 градусов. И так как угол механического открытия клапана ДВС составляет 5 градусов, фактически он открывается на 13.

Запаздывание

Принцип аналогичен предыдущему, однако клапан-соленоид при максимальном запаздывании открывает масляный канал к камере запаздывания. В это время ротор CVVT перемещаются в сторону направления вращения коленвала.

Источник: http://pnzavto.ru/teoriya/fazy-i-mehanizm-gazoraspredeleniya-dvigatelya-printsip/

Устройство и принцип действия механизма газораспределения

Газораспределительный механизм (ГРМ) состоит из:

• одного или двух кулачковых распределительных валов, на каждый из которых установлена своя шестерня;
• шестерни коленчатого вала;
• цепного или ременного привода.

Число зубьев шестерни распределительного вала всегда в 2 раза больше, чем у шестерни коленчатого вала.

Благодаря этому за два оборота коленчатого вала происходит лишь один оборот распределительного вала. Это позволяет открывать и закрывать клапаны головки блока цилиндров (ГБЦ) в зависимости от такта двигателя. Фазы газораспределения зависят от расположения кулачков распределительного вала. Поэтому на одновальных двигателях возможна только одновременная регулировка фаз впуска и выпуска.

Когда кулачок распределительного вала доходит до клапана, то начинает давить на него до тех пор, пока клапан полностью не откроется. Затем кулачок проходит дальше и пружина начинает выдавливать клапан, стремясь закрыть его. Как только давление со стороны распределительного вала исчезает, пружина полностью закрывает клапан.

В бензиновых и дизельных двигателях применяется механизм газораспределения клапанного типа, сейчас уже, в основном, с верхним расположением клапанов. Это значит, что клапаны находятся сверху, в головке блока цилиндров, как показано на рисунке 4.8.

Так, при верхнем расположении клапаны с пружинами и деталями их крепления установлены в направляющих втулках в головке блока цилиндров, в которой также отлиты впускные и выпускные каналы.

Рисунок 4.8 Головка блока цилиндров с газораспределительным механизмом.

Усилие от кулачков распределительного вала, расположенного здесь же – в головке блока, к клапанам передается с помощью толкателей и/или коромысел. Коромысла установлены шарнирно на оси, закрепленной на головке блока. Клапаны на головке закрыты крышкой.

О тепловом зазоре

Между стержнем клапана, толкателем или концом коромысла газораспределительного механизма должен быть зазор (так называемый тепловой зазор), который необходим для компенсации удлинения стержня клапана при его нагревании без нарушения плотности посадки клапана в гнезде. Другими словами, если бы не было зазора, грубо говоря, между кулачком распредвала и клапаном, то от нагрева до высокой температуры, клапан увеличился бы в длину и перестал бы плотно прилегать к седлу в головке блока цилиндров.

Величина зазора для двигателей разных марок устанавливается для впускных клапанов в холодном состоянии в пределах 0,15—0,30 мм, а для выпускных клапанов, подвергающихся большему нагреву, — в пределах 0,20—0,40 мм. Однако же, у некоторых производителей зазор может быть таков, что не попадет в указанные диапазоны.

Для регулировки величины этого зазора в механизме предусмотрены регулировочные устройства. Хотя слово «устройство» слишком громкое для регулировочного болта и стопорной гайки (Рисунок 4.9) или шайб различной толщины (Рисунок 4.10).

Рисунок 4.9 Регулировка теплового зазора с помощью болта.

Рисунок 4.10 Регулировка теплового зазора с помощью шайб(А – головка блока цилиндров без распределительного вала;Б – головка блока цилиндров с распределительным валом).

Сейчас очень распространена конструкция с гидравлическими компенсаторами, которые под давлением масла подводят коромысло или толкатель к кулачку распределительного вала, убирая тем самым негативное последствие теплового зазора, а именно — удар кулачка о толкатель во время работы. Но стоит упомянуть, что установка гидрокомпенсаторов удорожает конструкцию головки блока цилиндров и повышает свои требования к качеству используемого моторного масла и к частоте его замены, поскольку масляные каналы компенсатора могут забиваться продуктами износа.

ПримечаниеБолее подробно о гидрокомпенсаторах приведено ниже.

ПримечаниеПочему предварительно? Потому что для целостности восприятия данного раздела о распределительном вале необходимо сказать несколько слов, а более подробное описание данной детали будет дано ниже.

Правильность чередования различных тактов в цилиндрах двигателя достигается соответствующим расположением кулачков на распределительном валу, а также правильностью установки зацепления распределительных шестерен/шкивов с приводной шестерней/шкивом коленчатого вала.

В четырехтактном двигателе рабочий цикл во всех цилиндрах завершается за два оборота коленчатого вала. За это время в каждом цилиндре должны по одному разу открыться и закрыться впускной и выпускной клапаны, что происходит за каждый оборот распределительного вала. Таким образом, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого вала.

Источник: http://hybmotors.ru/avtomarki/regulirovka-faz-gazoraspredeleniya.html

Фиксированные фазы

Фазами газораспределения принято называть моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала относительно НМТ и ВМТ. В графическом выражении период открытия и закрытия приято показывать диаграммой.

Если мы говорим о фазах, то изменению могут поддаваться:

• момент начала открытия впускных и выпускных клапанов;
• продолжительность нахождения в открытом состоянии;
• высота подъема (величина, на которую опускается клапан).

Преобладающее большинство двигателей имеют фиксированные фазы газораспределения. Это значит, что описанные выше параметры определяются лишь формой кулачка распределительного вала. Недостаток такого конструктивного решения в том, что рассчитанная конструкторами форма кулачков для работы двигателя будет оптимальной только в узком диапазоне оборотов. Гражданские двигатели проектируются таким образом, чтобы фазы газораспределения соответствовали обычным условиям эксплуатации автомобиля. Ведь если сделать двигатель, который очень хорошо будет ехать «с низов», то на оборотах выше средних крутящий момент, как и пиковая мощность, будет слишком низким. Именно эту проблему решает система изменения фаз газораспределения.

Источник: http://pnzavto.ru/teoriya/fazy-i-mehanizm-gazoraspredeleniya-dvigatelya-printsip/

Особенности регулируемых фаз газораспределения

При высоких скоростях двигателю автомобиля необходимо больше объема воздуха. И поскольку в нерегулируемых ГРМ клапаны могут закрыться до того, как в камеру сгорания поступает его достаточное количество, работа мотора оказывается неэффективной. Для решения этой проблемы были разработаны различные способы регулировки фаз газораспределения.

Клапан регулировки фаз газораспределения

Первые моторы, имеющие подобную функцию, позволяли выполнять ступенчатую регулировку, которая позволяла менять длину фазы в зависимости от достижения двигателем определенных величин. Со временем появились бесступенчатые конструкции, позволяющие выполнить более плавную и оптимальную настройку.

Простейшим решением является система сдвига фаз (CVVT), реализуемая путем поворота распределительного вала относительно коленвала на определенный угол. Это позволяет изменить момент открытия и закрытия клапанов, но фактическая продолжительность фазы остается неизменной.

Чтобы изменить непосредственно длительность фазы, в ряде автомобилей используются несколько кулачковых механизмов, а также колеблющиеся кулачки. Для точной работы регуляторов применяются комплексы из датчиков, контроллера и исполнительных механизмов. Управление такими устройствами может быть электрическим или гидравлическим.

Одной из основных причин внедрения систем с регулировкой ГРМ является ужесточение экологических стандартов по уровню токсичности отработавших газов. Это означает, что для большинства производителей вопрос оптимизации фаз газораспределения остается одним из важнейших.

(5 оценок, среднее: 4,40 из 5)
Загрузка…

Источник: http://techautoport.ru/dvigatel/teoriya/fazy-gazoraspredeleniya.html

На что влияют фазы ГРМ

В двигателях современных бюджетных автомобилей не предусмотрена автоматическая регулировка фаз газораспределения, поэтому они настроены на средний режим работы. Форма кулачков распределительных валов таких двигателей рассчитана на максимальное наполнение и освобождение цилиндров при скорости вращения, близкой к максимальному крутящему моменту. Обычно он расположен между 2/3 и 3/4 от максимальных оборотов. Поэтому такой двигатель «плохо тянет» на оборотах ниже половины от максимальных.

Почему так происходит? Чем выше обороты двигателя, тем быстрей движутся поршни. В результате давление внутри цилиндра во время фазы выпуска возрастает, но пропускная способность выпускного клапана не меняется. Во время фазы впуска поршень движется быстрей, чем на холостых оборотах, но пропускная способность клапана не меняется. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем хуже наполнение цилиндров. Поэтому нередко фазы выпуска и выпуска пересекаются. В то время когда выпускной клапан закрывается, но еще открыт, начинает открываться впускной клапан.

На холостых и низких оборотах часть топлива, которая поступает в двигатель, уходит в выхлопную трубу. Это снижает мощность и экономичность двигателя. По мере роста оборотов влияние этого эффекта слабеет. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем длинней должны быть фазы газораспределения. Это позволит избежать снижения мощности мотора.

Если сдвинуть фазы газораспределения от оптимальной точки, то произойдет резкое падение мощности мотора. Ведь цилиндры будут или не до конца освобождаться от выхлопных газов или не до конца наполняться топливовоздушной смесью. Однако оптимальная точка начала фазы и ее продолжительность зависят от нагрузки на мотор и оборотов двигателя. Поэтому тюнинговые мастерские и умелые автомобилисты устанавливают вместо штатной шестерни распределительного вала разрезную шестерню, с помощью которой можно сдвигать фазу на угол до 10 градусов. Также используют тюнинговые распределительные валы, рассчитанные на различные режимы и нагрузки. Те, кто предпочитает ездить на максимальной скорости, устанавливают валы с максимальными фазами впуска и выпуска. Те же, кто ездит на средних оборотах двигателя, избегая резких стартов и больших скоростей, ставят валы с чуть уменьшенными фазами.

Источник: http://sto-tolyatti.ru/proizvoditeli-i-marki/chto-takoe-faza-gazoraspredeleniya.html

Логика работы CVVT

Система CVVT работает на всем диапазоне оборотов ДВС. В зависимости от производителя логика работы может отличаться, но в среднем она выглядит примерно так:

• Холостой ход. Задача системы – выполнить проворачивание впускного вала так, чтобы обеспечить позднее открытие впускных клапанов. Это положение повышает устойчивость работы двигателя.
• Средние обороты ДВС. Система обеспечивает промежуточное положение распределительного вала, обеспечивая снижение расхода топлива и выброс вредных веществ с отработанными газами.
• Высокие обороты ДВС. Действие системы направлено на максимальное увеличение мощности. Для этого впускной вал прокручивается так, чтобы обеспечить опережение открытия клапанов. Так, система обеспечивает лучшее наполнение цилиндров, что позволяет улучшить характеристики ДВС.

Источник: http://pnzavto.ru/teoriya/fazy-i-mehanizm-gazoraspredeleniya-dvigatelya-printsip/