Система изменения фаз газораспределения

Система изменения фаз газораспределения

Система изменения фаз газораспределения (общепринятое международное название Variable Valve Timing, VVT) предназначена для регулирования параметров работы газораспределительного механизма в зависимости от режимов работы двигателя. Применение данной системы обеспечивает повышение мощности и крутящего момента двигателя, топливную экономичность и снижение вредных выбросов.

К регулируемым параметрам работы газораспределительного механизма относятся:

• момент открытия (закрытия) клапанов;
• продолжительность открытия клапанов;
• высота подъема клапанов.

В совокупности эти параметры составляют фазы газораспределения – продолжительность тактов впуска и выпуска, выраженную углом поворота коленчатого вала относительно «мертвых» точек. Фаза газораспределения определяется формой кулачка распределительного вала, воздействующего на клапан.

На разных режимах работы двигателя требуется разная величина фаз газораспределения. Так, при низких оборотах двигателя фазы газораспределения должны иметь минимальную продолжительность («узкие» фазы). На высоких оборотах, наоборот, фазы газораспределения должны быть максимально широкими и при этом обеспечивать перекрытие тактов впуска и выпуска (естественную рециркуляцию отработавших газов).

Кулачок распределительного вала имеет определенную форму и не может одновременно обеспечить узкие и широкие фазы газораспределения. На практике форма кулачка представляет собой компромисс между высоким крутящим моментом на низких оборотах и высокой мощностью на высоких оборотах коленчатого вала. Это противоречие, как раз и разрешает система изменения фаз газораспределения.

В зависимости от регулируемых параметров работы газораспределительного механизма различают следующие способы изменяемых фаз газораспределения:

• поворот распределительного вала;
• применение кулачков с разным профилем;
• изменение высоты подъема клапанов.

Наиболее распространенными являются системы изменения фаз газораспределения, использующие поворот распределительного вала:

• VANOS (Double VANOS) от BMW;
• VVT-i (Dual VVT-i), Variable Valve Timing with intelligence от Toyota;
• VVT, Variable Valve Timing от Volkswagen;
• VTC, Variable Timing Control от Honda;
• CVVT, Continuous Variable Valve Timing от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors;
• VCP, Variable Cam Phases от Renault.

Принцип работы данных систем основан на повороте распределительного вала по ходу вращения, чем достигается раннее открытие клапанов по сравнению с исходным положением.

Конструкция системы изменения фаз газораспределения данного типа включает гидроуправляемую муфту и систему управления этой муфтой.

Гидроуправляемая муфта (обиходное название фазовращатель) непосредственно осуществляет поворот распределительного вала. Муфта состоит из ротора, соединенного с распределительным валом, и корпуса, в роли которого выступает шкив привода распределительного вала. Между ротором и корпусом имеются полости, к которым по каналам подводится моторное масло. Заполнение той или иной полости маслом обеспечивает поворот ротора относительно корпуса и соответственно поворот распределительного вала на определенный угол.

В большинстве своем гидроуправляемая муфта устанавливается на распределительный вал впускных клапанов. Для расширения параметров регулирования в отдельных конструкциях муфты устанавливаются на впускной и выпускной распределительные валы.

Система управления обеспечивает автоматическое регулирование работы гидроуправляемой муфты. Конструктивно она включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства. В работе системы управления используются датчики Холла, оценивающие положения распределительных валов, а также другие датчики системы управления двигателем: частоты вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости, расходомер воздуха. Блок управления двигателем принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительное устройство – электрогидравлический распределитель. Распределитель представляет собой электромагнитный клапан и обеспечивает подвод масла к гидроуправляемой муфте и отвод от нее в зависимости от режимов работы двигателя.

Система изменения фаз газораспределения предусматривает работу, как правило, в следующих режимах:

• холостой ход (минимальные обороты коленчатого вала);
• максимальная мощность;
• максимальный крутящий момент.

Другая разновидность системы изменения фаз газораспределения построена на применении кулачков различной формы, чем достигается ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов. Известными такими системами являются:

• VTEC, Variable Valve Timing and Lift Electronic Control от Honda;
• VVTL-i, Variable Valve Timing and Lift with intelligence от Toyota;
• MIVEC, Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control от Mitsubishi;
• Valvelift System от Audi.

Данные системы имеют, в основном, схожую конструкцию и принцип действия, за исключением Valvelift System. К примеру, одна из самых известных система VTEC включает набор кулачков различного профиля и систему управления.

Распределительный вал имеет два малых и один большой кулачок. Малые кулачки через соответствующие коромысла (рокеры) соединены с парой впускных клапанов. Большой кулачок перемещает свободное коромысло.

Система управления обеспечивает переключение с одного режима работы на другой путем срабатывания блокирующего механизма. Блокирующий механизм имеет гидравлический привод. При низких оборотах двигателя (малой нагрузке) работа впускных клапанов производится от малых кулачков, при этом фазы газораспределения характеризуются малой продолжительностью. При достижении оборотов двигателя определенного значение система управления приводит в действие блокирующий механизм. Коромысла малых и большого кулачков соединяются с помощью стопорного штифта в одно целое, при этом усилие на впускные клапаны передается от большого кулачка.

Другая модификация системы VTEC имеет три режима регулирования, определяемые работой одного малого кулачка (открытие одного впускного клапана, малые обороты двигателя), двух малых кулачков (открытие двух впускных клапанов, средние обороты), а также большого кулачка (высокие обороты).

Современной системой изменения фаз газораспределения от Honda является система I-VTEC, объединяющая системы VTEC и VTC. Данная комбинация существенным образом расширяет параметры регулирования двигателя.

Наиболее совершенная с конструктивной точки зрения разновидность системы изменения фаз газораспределения основана на регулировании высоты подъема клапанов. Данная система позволяет отказаться от дроссельной заслонки на большинстве режимов работы двигателя. Пионером в этой области является компания BMW и ее система Valvetronic. Аналогичный принцип использован и в других системах:

• Valvematic от Toyota;
• VEL, Variable Valve Event and Lift System от Nissan;
• MultiAir от Fiat;
• VTI, Variable Valve and Timing Injection от Peugeot.

В системе Valvetronic изменение высоты подъема клапанов обеспечивает сложная кинематическая схема, в которой традиционная связь кулачок-коромысло-клапан дополнена эксцентриковым валом и промежуточным рычагом. Эксцентриковый вал получает вращение от электродвигателя через червячную передачу. Вращение эксцентрикового вала изменяет положение промежуточного рычага, который, в свою очередь, задает определенное движение коромысла и соответствующее ему перемещение клапана. Изменение высоты подъема клапана осуществляется непрерывно в зависимости от режимов работы двигателя.

На сайте вы найдете информацию о том как сделать качественный ремонт автомобиля своими руками, подробные фото отчеты по ремонту ауди с4, а также много полезной информации о диагностике и профилактике неисправностей.

Вы здесь: Главная />Устройство и принцип действия />Система изменения фаз газораспределения.

Меню сайта:

Последние публикации

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 3)

В первой и второй частях мы снимали обшивку потолка, сегодня же мы займемся самой перетяжкой.

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 2)

Продолжим снятие обшивки потолка. В первой части мы сняли обшивку люка и накладки передних стоек. Сегодня мы все-таки снимем потолок.

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 1)

В уже не молодых автомобилях, не редко можно столкнуться с проблемой провисания потолка. Происходит это, как правило, по двум причинам:

Система изменения фаз газораспределения.

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:

1. Заметного улучшения работы двигателя на холостом ходу.
2. Снижение расхода топлива.
3. Увеличение мощности.
4. Оптимального крутящего момента на различных оборотах.
5. 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.

Система автоматического изменения фаз газораспределения с помощью поворота распределительного вала.

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.

Система автоматического изменения фаз газораспределения с разной формой кулачков.

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.

1. 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.
2. При переходе двигателя в режим высоких оборотов автоматически срабатывает гидравлический блокирующий механизм 4, который соединяет все коромысла между собой вместе.
3. 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.

Система автоматического изменения фаз газораспределения изменением высоты подъема клапанов.

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;

Данную систему можно считать наиболее совершенной, так как при использовании этой системы можно полностью отказаться от дроссельной заслонки, не слишком совершенного узла участвующего в регулировании подачи топливной смеси.

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.

Принцип работы муфты VVTI

Муфта VVTI позволяет плавно изменять фазы газораспределения в соответствии с условиями работы двигателя. Это стало возможно благодаря повороту впускного распределительного вала относительно ведущей звездочки в диапазоне 40 ° (угол поворота коленчатого вала). Для регулировки поворота распредвала используется электродвигатель, который меняет угол положения распределительного вала в зависимости от температуры, оборотов и давления масла в двигателе. Угол поворота распредвала выпускных клапанов относительно ведущей звездочки достигает диапазона 35 °. Привод начинает работать с момента запуска двигателя и устанавливает распредвал в оптимальное положение для лёгкого запуска.

Сроки привода (серия UR). 1 — двигатель VVT-iE, 2 — соленоид управления VVT-i, 3 — датчик положения коленчатого вала, 4 — датчик положения распределительного вала (впуск), 5 — датчик положения распределительного вала (выпускной), 6 — датчик температуры воды, 7 — датчик положения распределительного вала

Привод VVTI. 1 — двигатель, 2 — крышка (статорная шестерня), 3 — ротор, 4 — ведомая шестерня, 5 — спиральная пластина, 6 — рычаги, 7 — опора, 8 — корпус (звездочка), 9 — впускной распределительный вал.

Главная цепь привода ГРМ приводит в движение впускной распределительный вал, а затем по короткой соединительной цепи приводной распредвал тоже приходит в движение.
Привод VVTI состоит из рычажного механизма и циклоидального редуктора. Рычажный механизм состоит из корпуса (соединен со звездочкой ГРМ), держателя (соединен с распределительным валом) и соединяющих их спиральной пластины и рычагов.

Циклоидный редуктор муфты VVTI состоит из крышки (с редуктором статора), ротора (соединенного с электродвигателем) и ведомой шестерни (которая имеет на 1 зубец больше, чем шестерня статора), соединенной с ротором. Когда вращения коленвала двигателя увеличивается на 1000 оборотов, ведомая шестерня смещается на 1 зуб.

Спиральная пластина, соединенная с ведомой шестерней, приводится в действие через редуктор. Рычаги передают вращение спиральной пластины на держатель, распределительный вал и муфту VVTI.

Система VVTI состоит из электродвигателя постоянного тока, который не имеет щёток, блока управления EDU и датчика Холла. Блок управления EDU служит посредником между ECM и электродвигателем, контролируя скорость и направление вращения.

VVTI мотор. 1 — ЭДУ, 2 — электродвигатель, 3 — датчик Холла.

Регулировка фаз газораспределения основана на разнице скоростей между двигателем и распределительным валом. В режиме удержания скорость двигателя и распредвала равна. В режиме опережения двигатель вращается быстрее, чем распределительный вал. В режиме замедления наоборот медленнее или в обратную сторону.

Режимы работы двигателя.

По сигналу ECM двигатель муфты VVTI начинает вращаться быстрее, чем распределительный вал. Спиральная пластина поворачивается по часовой стрелке через редуктор. Рычаги, вставленные в спиральные канавки, перемещаются к центральной оси распределительного вала и вращают его с ускорением по отношению к коленчатому валу.

По сигналу ECM двигатель вращается ниже, чем распределительный вал. Спиральная пластина поворачивается против часовой стрелки через редуктор. Рычаги, вставленные в спиральные канавки, сдвигаются от центральной оси распределительного вала и вращают распределительный вал по отношению к коленчатому валу с замедлением.

После достижения заданного момента коленчатый вал двигателя вращается с той же скоростью, что и распределительный вал. Рычажный механизм фиксируется и удерживает фазы газораспределения.

Муфта VVTI с лопастным ротором устанавливается на распредвал выпускных клапанов. Когда двигатель заглушен, стопорный штифт удерживает ротор, сдвинутым до упора вперёд для нормального запуска.
Вспомогательный пружинный механизм служит для возврата ротора и надежной работы замка после выключения двигателя.

Привод VVTI. 1 — корпус, 2 — ротор, 3 — стопорный штифт, 4 — звездочка, 5 — распределительный вал, 6 — вспомогательная пружина. а — останов, б — работа, в — давление масла.

Контроллер ЭСУД управляет потоком масла в камерах муфты VVTI с помощью соленоида, основываясь на сигналах датчиков положения распределительного вала. На заглушенном двигателе золотник клапана перемещается пружиной на максимальный угол наклона.

a — пружина, b — втулка, c — золотник клапана, d — к приводу (передняя камера), e — к приводу (обратная камера), f — слив, g — давление масла, h — катушка, j — поршень.

ЭСУД переключает соленоид в положение опережения и перемещает золотник регулирующего клапана. Моторное масло под давлением подается в ротор в камеру опережения, поворачивая его вместе с распределительным валом в направлении опережения.

ЭСУД так же переключает соленоид в положение запаздывания и перемещает золотник регулирующего клапана в противоположную сторону. Моторное масло под давлением подается к ротору в камеру замедления, поворачивая его вместе с распределительным валом в направлении замедления.

Контроллер ЭСУД рассчитывает целевой угол в соответствии с параметрами работы двигателя и после достижения заданного положения переключает регулирующий клапан в нейтральное положение до следующего изменения внешних условий, удерживая масло в контуре.

Достаточно часто проблемы и неисправности муфты VVTI связаны с загрязнением её компонентов. Эффективный средством, помогающем решить эту проблему является промывка масляной системы BG 109. В 8-ми из 10 случаев она помогает устранить неисправность без разбора.

Регулирование фаз газораспределения ДВС

У разных производителей существуют различные конструкции таких систем. Одни изменяют время подъема клапанов, другие – высоту подъема, а третьи – и то, и другое. Системы изменения фаз могут устанавливаться только для впускных клапанов или и для впускных, и для выпускных. В настоящее время используется три способа изменения фаз газораспределения.

• Первый способ – поворот распредвала по ходу вращения с ростом оборотов двигателя. Таким образом, обеспечивается более раннее открытие клапанов. Основная деталь таких систем – фазовращатель (другое название – гидроуправляемая муфта). Он представляет собой ротор, смонтированный в шкиве распредвала, между которыми есть полости. Эти полости по сигналу контроллера двигателя через электромагнитный клапан заполняются маслом, что приводит к повороту распредвала. Угол поворота зависит от того, какая именно полость заполнена. Фазовращатель в большинстве случаев устанавливается только на впускной распредвал, на некоторых системах – и на выпускной. Описанный способ используется в системах VANOS и Double VANOS от BMW, VVT-i и Dual VVT-i(Variable Valve Timing with intelligence) от Toyota, VVT(Variable Valve Timing) от Volkswagen, VTC(Variable Timing Control) от Honda, CVVT(Continuous Variable Valve Timing) от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors, VCP(Variable Cam Phases) от Renault.
• Второй способ – применение кулачков разного профиля на разных режимах работы. На малых оборотах используются кулачки, обеспечивающие «узкие» фазы, то есть малые высоту подъема и время открытия клапанов. С ростом оборотов по команде блока управления происходит переключение на «широкофазные» кулачки. Таким образом, фазы меняются ступенчато, а не плавно, как в предыдущей системе. Зато, кроме фаз, регулируется и высота подъема клапана. Разнопрофильные кулачки используют в своих системах: VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) от Honda, VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift with intelligence) от Toyota, MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control) от Mitsubishi.
• Третья, самая совершенная группа систем, плавно регулирует высоту подъема клапанов. Главное достоинство таких систем в том, что они позволяют отказаться от дроссельной заслонки на впуске. Тем самым существенно снижаются насосные потери и расход топлива. Впервые такая система под названием Valvetroniс была применена BMW. В ней между распредвалом и клапаном расположен дополнительный рычаг, один конец которого давит на коромысло клапана, а второй соединен с эксцентриковым валом. Проворачивая этот вал с помощью электромотора, система управления тем самым меняет наклон рычага и его плечо. Увеличение плеча приводит к увеличению подъема клапана и количества воздуха, попадающего в цилиндры. Высота подъема регулируется в пределах от 0,5 до 12 мм.

Вслед за BMW аналогичные системы создали Valvematic от Toyota, VEL (Variable Valve Event and Lift System) от Nissan, MultiAir от Fiat, VTI (Variable Valve and Timing Injection) от Peugeot.

В системе MultiAir используется один распредвал, который приводит и впускные, и выпускные клапана. Но если выпускные клапана механически управляются кулачками, то на впускные воздействие от кулачков передается через специальную электрогидравлическую систему. Именно в ней и состоит новизна. Впускные кулачки нажимают на поршни, а те через электромагнитный клапан передают усилие на рабочие гидроцилиндры, которые уже воздействуют на впускные клапана. Главный узел – именно клапан, регулирующий давление в системе. Он имеет только два положения: открыт-закрыт. Если он открыт, давление в системе отсутствует, и усилие на клапан не передается. Поэтому, управляя моментом и длительностью открытия электромагнитного клапана за то время, пока кулачок воздействует на поршенек, можно добиться любого алгоритма открытия впускных клапанов. А значит, ширину фаз можно плавно регулировать от 0 до 100%. Максимальная ширина фазы определяется профилем впускного кулачка распредвала.

А какое отношение все вышеописанное имеет к экологии? Системы изменения фаз газораспределения, оптимизируя процесс сгорания топлива, тем самым снижают его расход, а, значит и количество вредных выбросов.