Клапан регулировки фаз газораспределения
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Клапан регулировки фаз газораспределения

Что такое фазы газораспределения и как они работают

Отрезки времени от начала момента открытия клапанов двигателя до их полного закрытия относительно мертвых точек движения поршня получили наименование фазы газораспределения. Их влияние на работу двигателя очень велико. Так, от продолжительности фаз зависит эффективность заполнения и очистки цилиндров в процессе работы мотора. Это напрямую определяет экономичность расхода топлива, мощность и крутящий момент.

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°.

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.

Почему выполняется запаздывание и опережение срабатывания клапанов?

Чтобы улучшить наполнение цилиндров, а также обеспечить более интенсивную очистку от отработавших газов, срабатывание клапанов происходит не в момент достижения поршня мертвых точек, а с небольшим опережением или запаздыванием. Так, открытие впускного клапана выполняется до момента прохождения поршнем ВМТ (от 5° до 30°). Это позволяет обеспечить более интенсивное нагнетание свежего заряда в камеру сгорания. В свою очередь, закрытие впускного клапана происходит с запаздыванием (после того как поршень достиг нижней мертвой точки), что позволяет продолжить наполнение цилиндра горючим за счет сил инерции, так называемый инерционный наддув.

Выпускной клапан также открывается с опережением (от 40° до 80°) до момента достижения поршнем НМТ, что позволяет обеспечить выход большей части отработавших газов под действием собственного давления. Закрытие выпускного клапана, напротив, происходит с запаздыванием (после прохождения поршнем верхней мертвой точки), что позволяет силам инерции продолжить удаление отработавших газов из полости цилиндра и делает более эффективной его очистку.

Углы опережения и запаздывания не являются общими для всех двигателей. Более мощные и быстроходные имеют большие значения этих интервалов. Таким образом, их фазы газораспределения будут шире.

Этап работы двигателя, при котором оба клапана открыты одновременно, получил название перекрытие клапанов. Как правило, величина перекрытия составляет около 10°. При этом, поскольку длительность перекрытия очень мала, а раскрытие клапанов незначительно, утечки не происходит. Это довольно благоприятный этап для наполнения и очистки цилиндров, что особенно важно при высоких оборотах.

В начале открытия впускного клапана текущий уровень давления в камере сгорания выше, чем атмосферное. В результате отработавшие газы очень быстро перемещаются к выпускному клапану. Когда двигатель перейдет на такт впуска, в камере установится высокое разрежение, выпускной клапан полностью закроется, а впускной раскроется на достаточную для интенсивного наполнения цилиндра величину сечения.

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.

Зачем менять фазы газораспределения

Задача механизма газораспределения — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От того, насколько грамотно подобраны фазы газораспределения, зависит экономичность мотора, мощность и развиваемый момент.

Качество 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.

В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

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 (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 ° (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!

Читать еще:  Какую клему надо снимать с аккумулятора для сброса ошибок

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 «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 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 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 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 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 %. Но и это не последний рубеж.

Так работает «трёхступенчатый» (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 , 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 , 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.

Ошибка P0011 — что значит, симптомы, причины, диагностика, устранение

Код P0011 — ошибка синхронизации положения впускного распределительного вала, банк 1.

Что означает ошибка P0011?

Система изменения фаз газораспределения (Variable Valve Timing — VVT) повышает экономию топлива и производительность двигателя, регулируя время, когда впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются.

Распределительный вал регулируется блоком управления (ЭБУ) с помощью клапана управления подачей масла (OCV — Oil Control Valve), также называемого электромагнитным клапаном регулирования фаз газораспределения.

Клапан OCV

Если появился код неисправности P0011, это означает, что распределительный вал впускных клапанов в блоке 1 провернулся больше, чем указывал ЭБУ.

Банк 1 относится к той стороне двигателя, которая имеет цилиндр № 1. Банк 2 находится на противоположной стороне двигателя. Если у вас есть четыре цилиндра, будет только один банк.

Симптомы P0011

  • Check Engine.
  • Тяжелый запуск двигателя.
  • Неустойчивая работа двигателя.
  • Двигатель глохнет.
  • Стук из двигателя.
  • Увеличение расхода топлива.
  • Повышенное содержание выбросов в выхлопных газах.

В чем причина ошибки P0011?

  • Загрязнение моторного масла.
  • Низкий уровень моторного масла.
  • Моторное масло неправильной вязкости.
  • Неисправность клапана регулировки фаз газораспределения распредвала.
  • Фазовращатель заклинил в переднем положении.
  • Заклинивание распредвала из-за отсутствия смазки.

Насколько серьёзен код P0011?

Этот код неисправности серьезно влияет на управляемость вашего автомобиля. Наиболее распространенными являются увеличение оборотов двигателя, неровный холостой ход, увеличение расхода топлива и шумы из двигателя. Продолжение вождения в таком состоянии может привести к серьезному повреждению внутренних деталей двигателя.

Инструменты, необходимые для диагностики

  • Адаптер или сканер OBD2.
  • Цифровой мультиметр.
  • Набор инструментов.
  • Перемычки (куски провода).
  • Очиститель электрических контактов.
  • Манометр измерения давления масла.
  • Руководство по обслуживанию автомобиля.

Как диагностировать и устранять ошибку P0011

Состояние моторного масла

Проверьте уровень и состояние масла в двигателе. Если уровень низкий — долейте масло до нужной отметки. Если масло грязное, замените его и масляный фильтр. Сделайте тестовую поездку, чтобы проверить, устранена ли проблема.

Читать еще:  На каких оборотах переключать передачи

Провода и разъем клапана

Самый простой дефект — это окисление проводов или разъёма клапана OCV. Нужно снять разъём, осмотреть, почистить.

Проверка клапана OCV

Электромагнитный клапан может заклинить, не работать или установлен неподходящий для вашего автомобиля. Чтобы проверить электрогидравлический распределитель впускного вала, его нужно снять. Обычно он крепится болтом на 10.

После снятия клапана нужно проверить как ходит шток, не клинит ли он. Для этого возьмите два провода, присоедините их к аккумулятору и короткими замыканиями подавайте на клапан напряжение. Не держите питание дольше 1-2 секунд — клапан может сгореть.

Если клапан работает нормально, он должен щёлкнуть, и вы даже сможете увидеть его движение. Если он не щелкает и не двигается, замените клапан OCV.

Мультиметром проверьте сопротивление соленоида клапана, оно должно быть в пределах 7 − 12 Ом.

Если вы покупали машину б/у, убедитесь по VIN, что клапан именно от вашей модели автомобиля. Либо узнайте у прошлых владельцев, не меняли ли они его.

Давление масла

Возможно у вас низкое давление масла. Возьмите манометр и измерьте давление масла. Посмотрите по инструкции какое давление должно быть у вас. Чтобы измерить давление возможно понадобится переходник, в дорогих наборах он есть или можете купить отдельно / заказать у токаря.

Если давление низкое, то либо загрязнен масляный канал, либо фильтр, который стоит в масляном канале, либо сам масляный насос неисправен.

Цепь ГРМ

Возможно растянулась цепь ГРМ. Для проверки цепи ГРМ существует два способа. Первый — с помощью осциллографа, который подключается к датчикам положения коленвала и распредвала. Для сравнения используют осциллограммы исправного двигателя.

И второй — путём визуального осмотра. Для этого снимают переднюю крышку двигателя и смотрят на шток натяжителя цепи. Если он выдвинулся близко к максимальному положению — цепь однозначно растянута и требует замены.

Коды, связанные с P0011

P0171, P0174, P0014, P0021, P0024.

Коды типа B — сотрутся без сканера.

Код типа А означает, что есть ещё какая-то неисправность.

P0016, P0017, P0018, P0019, P0335, P0336, P0338, P0341, P0342, P0343, P0346, P0347, P0348, P0366, P0367, P068, P091, P092, P093, P0521, P0522, P0523.

Эти коды говорят о том, что вряд ли проблема в клапане.

В большинстве случаев ошибка P0011 почти всегда является результатом несвоевременной замены масла и отсутствия технического обслуживания автомобиля в отношении смазки двигателя.

Регулирование фаз газораспределения ДВС

Как двигают фазы

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.

Клапан регулировки фаз газораспределения

Первые опыты с изменением фаз начались еще в эпоху пара. Что же касается обычных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, то принцип изменяемых фаз газораспределения (VVT) был впервые запатентован концерном Fiat в конце 1960-х годов. В серийном производстве первой моделью с VVT стала Alfa Romeo Spider 1980 года. С тех пор многие производители используют принцип VVT в своих конструкциях. Разнообразие вариантов от разных производителей породило множество различных обозначений таких систем – VTEC, VVT-i.

Двигатели без VVT имеют нерегулируемые распределительные валы, поэтому высота подъема, время открытия и фазы клапанов в них фиксируются один раз при установке коленвала и распредвалов. Изменяемые фазы газораспределения позволяют повысить характеристики двигателя, улучшить экономичность и снизить выбросы, за счет оптимизации работы двигателя с учетом режимов и нагрузки.

VVT дает возможность, в зависимости от частоты вращения, нагрузки и температуры, достигнуть большего перекрытия клапанов, изменять высоту подъема, длительность открытия и фазы. Например, при низкой частоте вращения и под нагрузкой фазы смещаются в сторону опережения, чтобы улучшить отклик на открытие дроссельной заслонки и повысить крутящий момент. На высоких оборотах фазы могут смещаться в сторону задержки, чтобы уменьшить выбросы и увеличить мощность.

Типы VVT – cam-phasing

На рынке представлены различные варианты реализации VVT, из них наиболее распространены так называемые “cam-phasing”, где фазы изменяются за счет поворота распредвала относительно его шкива или звездочки со встроенным регулятором VVT.
Самые ранние конструкции были простыми – они работали только на впускном распредвалу и только в двух положениях (вкл/выкл) – “дискретная” регулировка, осуществляемая при определенных оборотах (как, например, в BMW Single VANOS). Большинство VVT дискретного действия управляются механически с помощью подпружиненной косозубой шестерни в регуляторе.

В более поздних версиях используется электронное управление и гидравлический привод. Такие системы (“непрерывного действия”) могут использоваться на одном или обоих распредвалах. В них электромагнитный клапан регулируют подачу масла под давлением в регулятор (интегрированный в шкив или звездочку), где оно воздействует на соединенные с распредвалом лопасти и вызывает проворот вала относительно шкива. Помимо возможности регулировки фаз при любой частоте вращения, VVT непрерывного действия обеспечивают плавный переход между режимами по сравнению с дискретными системами.

Типы VVT – cam-changing

Некоторые производители (Honda Variable Valve Timing and Lift Electronic Control – VTEC) применяют отдельный кулачок для каждого клапана на впускных и выпускных распредвалах (на ранних SOHC-двигателях VTEC применялся только на впуске). Давление масла удерживает штифт, который соединяет разные коромысла – для большого хода и продолжительного открытия и для малого хода и короткого открытия клапанов. Хотя такая регулировка по сути является дискретной, данный механизм получил широкую известность и заслуженно высокую репутацию благодаря значительному приросту мощности при его использовании.

Читать еще:  Как проверить работоспособность стартера

Типы VVT – cam-phasing + cam-changing

Системы становятся все более сложными и дорогими – комбинирование регулировки фаз и поворотом, и сменой кулачков позволяет повысить эффективность работы двигателя, увеличить мощность и сделать выхлоп более чистым.

Один из производителей, разработавших подобную систему – это Porsche с Variocam Plus. Регуляторы установлены на впускных распредвалах, которые также имеют кулачки двух разных профилей, опирающихся на регулируемые гидротолкатели с раздельными внутренними и внешними сегментами. Внутренний сегмент толкателя контактирует с центральным кулачком распредвала (который обеспечивает меньшую высоту подъема и длительность открытия клапана). Когда требуется более высокий подъем, внутренние и внешние сегменты соединяются вместе штифтом, приводимым в действие гидравлическим электромагнитным клапаном с электронным управлением. После чего в работу вступают внешние кулачки распредвала, обеспечивающие больший подъем и продолжительность открытия клапана. Функции изменения фаз и смены кулачков индивидуально контролируются блоком управления двигателем (ECM), с учетом основных параметров – частоты вращения, выбранной передачи, положения педали акселератора, температуры моторного масла, температуры охлаждающей жидкости.

В 2009 Fiat представил свою инновационную систему MultiAir, где выпускные клапаны приводятся от распредвала традиционным механическим путем, а на впускные воздействие от кулачка передается через электрогидравлическую систему с плунжером, электромагнитным клапаном и чисто гидравлическими толкателями. При полной нагрузке усилие на клапаны передается так, как будто имеется жесткая связь с кулачком. При частичных нагрузках клапан сбрасывает давление на части хода плунжера, обеспечивая подачу в цилиндры строго необходимого количества воздуха (что кроме прочего, позволяет отказаться от дроссельной заслонки). В итоге снижаются потери, улучшается экономичность, а характеристики двигателей приближаются к показателям моторов ощутимо большего рабочего объема.

В настоящее время производители исследуют и разрабатывают новые двигатели внутреннего сгорания без распредвалов, что означает окончание эпохи систем газораспределения и систем изменения фаз в привычном нам виде.

С одной стороны, для сервисов это означает уменьшение перечня стандартных сервисных работ (вроде замены ремня привода ГРМ), с другой – двигатели в целом станут гораздо сложнее, требуя нового оборудования и инструментов.

В сфере постгарантийного обслуживания автомобилей Autodata давно зарекомендовала себя в качестве одного из самых надежных, актуальных и точных источников технической информации. Непрерывная работа команды Autodata Online над обновлениями базы данных и регулярное пополнение ее самыми свежими моделями гарантируют, что подписчики всегда смогут получить необходимую информацию для обслуживания и ремонта автомобилей, просто войдя в систему.

Системы изменения фаз ГРМ и основные неисправности

Автор: Сергей ПЕТРОВ

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для обеспечения своевременной подачи в цилиндры двигателя воздуха или горючей смеси (в зависимости от типа двигателя) и выпуска отработавших газов из цилиндров. Разберемся, зачем же необходимо менять фазы ГРМ.

Для всех режимов работы двигателя есть свои оптимальные значения по продолжительности открытия и закрытия клапанов. Благодаря автоматическому управлению механизмом газораспределения можно увеличить мощность и крутящий момент практически на всех режимах работы двигателя и уменьшить токсичность отработавших газов без применения других конструктивных решений.

Таким образом, система изменения фаз газораспределения служит для их оптимизации при работе двигателя на режимах холостого хода, максимальной мощности и максимального крутящего момента и для обеспечения рециркуляции отработавших газов.

На современных автомобилях применяется система автоматического изменения фаз ГРМ, а также система отключения цилиндров для сокращения расхода топлива и снижения токсичности в режиме неполной нагрузки на двигатель. Рассмотрим основные типы таких систем.

Способы изменения фаз газораспределения можно классифицировать по регулируемым параметрам работы ГРМ:

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

Наиболее распространена система, изменяющая фазы посредством поворота распредвала, которая применяется на автомобилях следующих марок:

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

На примере автомобилей VAG (Volkswagen Audi Group) можно рассмотреть распространенную систему изменения фаз ГРМ VVT с гидроуправляемыми муфтами, расположенными по одной на каждом распределительном валу двигателя.

Муфты представляют собой гидравлические устройства, подключенные к системе смазки двигателя. Управление осуществляется блоком управления двигателя на основании данных о частоте вращения коленчатого вала, нагрузке, температуре и других параметров. Масло из системы смазки двигателя поступает через каналы в корпусе механизма газораспределения и в распределительных валах в гидроуправляемые муфты, которые поворачивают распредвалы в соответствии с командами блока управления.

Существуют и системы изменения фаз ГРМ, работа которых основана на применении кулачков различной формы, благодаря которым достигается ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов. Такие системы используются на следующих автомобилях:

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

Данные системы имеют в основном схожие конструкцию и принцип действия, которые можно рассмотреть на примере VTEC.

Распределительный вал имеет два малых и один большой кулачок на каждые два клапана. В режиме работы двигателя с небольшой частотой вращения коленчатого вала малые кулачки через двигателя с небольшой частотой вращения коленчатого вала малые кулачки через соответствующие рокеры воздействуют на пару впускных клапанов. Большой кулачок перемещает свободное коромысло вхолостую. Клапаны имеют минимальную высоту подъема, фазы ГРМ характеризуются малой продолжительностью.

Система управления с блокирующим механизмом, имеющим гидравлический привод, обеспечивает ступенчатое переключение с одного режима работы на другой при достижении коленвалом двигателя определенной частоты вращения. Рокеры малых и большого кулачков соединяются с помощью стопорного штифта в единое целое, и после этого усилие на впускные клапаны передается от большого кулачка распредвала. Таким образом, увеличивается ход клапанов и фазы газораспределения.

Недостатками такой системы являются ступенчатый переход с одного режима на другой и конструктивная сложность реализации процесса блокировки.

Наиболее совершенная конструкция системы изменения фаз ГРМ на данный момент основана на регулировании высоты подъема клапанов. Первопроходец в этом направлении – компания BMW, предложившая разработку Valvetronic. Аналогичный принцип реализован и в других системах:

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

Система Valvetronic устанавливается только на впускные клапаны. Изменение хода клапана осуществляется с помощью сложной кинематической схемы. Эксцентриковый вал 9 приводится в движение от электродвигателя 1 через червячную передачу 2. Вращение эксцентрикового вала 9 изменяет положение промежуточного рычага 10, который, в свою очередь, задает определенное движение коромысла 11 и соответствующее ему перемещение клапана 16. Изменение высоты подъема клапана осуществляется непрерывно в зависимости от режимов работы двигателя. Такая система позволяет отказаться от использования дроссельной заслонки на некоторых режимах работы двигателя.

Система изменения фаз ГРМ надежна и обычно не доставляет хлопот владельцам автомобилей. Но предъявляются жесткие требования к качеству и сроку эксплуатации моторного масла, так как управление приводом гидравлическое. Не допускается никаких примесей, инородных частиц, строго должны быть соблюдены требования по вязкости и регламенту замены масла.

Поговорим о некоторых известных неисправностях системы изменения фаз ГРМ. Например, на автомобиле Renault Megane III (выпуск после 2008 года, двигатель K4M/F4R 830 объемом 1,6 литра) часто можно услышать стук со стороны верхней части двигателя после холодного пуска. Самая распространенная причина этого недуга кроется в приводе системы фаз ГРМ, а именно в муфте распределительного вала впускных клапанов. Для устранения неисправности требуется замена привода системы изменения фаз и обязательное обновление программного обеспечения для электронного блока управления двигателем.

На автомобиле Mazda CX-7 (выпуск после 2007 года с двигателем L3 Turbo объемом 2,3 литра) встречается аналогичная неисправность: чрезмерный шум от привода системы изменения фаз ГРМ, особенно при пуске холодного двигателя. Основная причина – неполное включение стопорного штифта привода системы изменения фаз газораспределения. Порядок устранения поломки следующий:

  1. Установить модифицированный привод системы изменения фаз газораспределения.
  2. Заменить моторное масло.
  3. Запустить двигатель, дать ему поработать на холостом ходу минимум 5 минут.
  4. Проверить топливный насос высокого давления на наличие утечек.
  5. Выключить зажигание.
  6. Дождаться снижения температуры охлаждающей жидкости.
  7. Заменить моторное масло и масляный фильтр.

У автомобиля KIA Rio (2005-2011 гг. выпуска, двигатель G4ED объемом 1,6 литра) иногда встречаются неприятные проблемы: неустойчивый холостой ход, ухудшение эксплуатационных характеристик двигателя. Причина аналогична: неисправность привода системы изменения фаз ГРМ, а именно муфты распределительного вала выпускных клапанов. Способ устранения следующий:

  1. Проверить работу привода системы фаз ГРМ.
  2. Проверить сопротивление привода системы фаз газораспределения. Номинальное сопротивление: 6,7-7,9 Ом.
  3. Заменить при необходимости.

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи.

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector