Современное законодательство в области экологии заставляет автопроизводителей конструировать более совершенные двигатели, повышать их эффективность и снижать выбросы вредных веществ в отработанных газах. Конструкторы учатся управлять процессами, которые ранее принимались с компромиссными усредненными параметрами. Одной из таких разработок является система изменения фаз газораспределения (CVVT). В этой статье мы не будет подробно описывать про фазы газораспределения, с этой информацией можно ознакомиться здесь.
Устройство системы CVVT
CVVT (Continuous Variable Valve Timing) – это система непрерывного регулирования фаз газораспределения двигателя, обеспечивающая более эффективное наполнение цилиндров свежим зарядом. Это достигается за счёт смещения момента открытия и закрытия впускного клапана.
Система включает в себя гидравлический контур, состоящий из:
- Управляющего клапана-соленоида.
- Фильтра системы VVT.
- Исполнительного механизма (гидравлической муфты CVVT).
Все компоненты системы устанавливаются в головке блока цилиндров двигателя. Фильтр системы VVT подлежит периодической чистке или замене.
Гидравлические муфты CVVT могут быть установлены как на впускном, так и на обоих валах ДВС.
В случае установки фазовращателей на впускном и выпускном распределительных валах эта система газораспределения будет называться DVVT (Dual Variable Valve Timing).
К дополнительным элементам системы также относятся датчики:
- Положения и частоты оборотов коленчатого вала.
- Положения распределительного вала.
Данные элементы подают сигнал на ЭБУ двигателя (блок управления). Последний обрабатывает информацию и формирует сигнал на электромагнитный клапан, регулирующий подачу масла в муфту CVVT.
Муфта CVVT
Гидравлическая муфта (фазовращатель) имеет звёздочку на корпусе. Она приводится в движение ремнем или цепью привода ГРМ. Распределительный вал жестко соединен с ротором фазовращателя. Между ротором и корпусом муфты расположены масляные камеры. За счёт давления масла, создаваемого масляным насосом возможно смещение ротора и корпуса между собой.
Стопорный штифт необходим для работы фазовращателей в аварийном режиме. Например, при понижении давления масла. Он выталкивается вперед, что позволяет замкнуть корпус и ротор гидравлической муфты в среднем положении.
Как работает управляющий клапан-соленоид VVT
Данный механизм служит для регулирования подачи масла на задержку и опережение открытия клапанов. Устройство состоит из следующих элементов:
- Плунжер.
- Разъём.
- Пружина.
- Корпус.
- Золотник.
- Отверстия для подвода масла, подачи и слива.
- Обмотка.
ЭБУ двигателя формирует сигнал, после чего электромагнит перемещает золотник через плунжер. Это позволяет перепускать масло в разном направлении.
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.
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.
Обслуживание
Так как система включает в себя фильтр, его рекомендуется менять. Регламент замены в среднем – 30 тысяч километров. Возможна также и чистка старого фильтра. Автолюбитель вполне может справиться с этой процедурой самостоятельно. Основной сложностью при этом будет поиск места установки самого фильтра. Большинство конструкторов размещают его в масляной магистрали от насоса до электромагнитного клапана. После демонтажа и аккуратной тщательной очистки фильтра CVVT необходимо провести его осмотр. Главное условие – целостность сетки и корпуса. Нужно помнить, что фильтр довольно хрупкий.
Без сомнения, система CVVT направлена на улучшение характеристик двигателя во всех режимах его работы. За счет наличия системы опережения и запаздывания открытия впускных клапанов двигатель имеет лучшую топливную экономичность и сниженные выбросы вредных веществ. Также она позволяет понизить обороты холостого хода без снижения устойчивости работы. Поэтому данная система используется всеми без исключения ведущими автопроизводителями.
Читайте также: Замена цепи грм пежо 308 своими руками без приспособлений
Муфты изменения фаз газораспределения
Самое время поговорить про систему, найти которую можно даже на самом дешевом силовом агрегате. Как вы уже могли догадаться, речь пойдет про систему смены фаз газораспределения.
Что это такое? По какому принципу работает? Из чего состоит? Да и для чего используется? Постараемся максимально подробно ответить на все эти вопросы. Ну что, поехали!
Впервые система смены фаз газораспределения начали использовать на бензомоторах в 90-х годах прошлого века. Благодаря ее использованию удалось не только увеличить мощность, но также сделать двигатель более экономичным и экологичным. Да, система изменения фаз реально улучшает параметры ДВС и позволяет ему легко адаптироваться к нагрузкам и условиям работы.
По непонятной нам причине, в русском используется очень сложное обозначение этого механизма: «изменение фаз газораспределения». Человек далекий от темы очевидно ничего не поймет. В оригинале это понятие называется «valve timing», что дословно можно перевести как время открытия клапанов. Звучит в разы проще и понятней, не правда ли?
В реальности же, эта система отвечает за регулировку исключительно моментов открытия/закрытия впускных и выпускных клапанов. Она не может поменять высоту подъема клапанов и также не управляет временем их открытия. И да, время между их открытием и закрытием – остается неизменным.
Принимая во внимание все выше сказанное, что дает сдвигание момента подъема клапанов? Давайте остановимся на этом моменте более подробно.
Кстати, у нас в YouTube есть специальный ролик, в котором мы детально разобрали работу системы изменения фаз газораспределения.
Чтобы было максимально понятно, давайте использовать схемы работы системы смены фаз газораспределения. Дадим краткие пояснения.
Первым, что нужно понять, так это то, что благодаря рассматриваемой сегодня системе, удается сдвинуть момент открытия/закрытия клапанов относительно поршня. Представьте, что в зависимости от нагрузки выпускной клапан вполне реально открыть намного раньше момента, когда он достигнет мертвой точки, как и закрыть до того, как он достигнет мертвой точки, но уже верхней. Но можно сделать совсем иначе и сдвинуть данные моменты ближе к точке крайнего положения поршня. Похожая ситуация и с впускными клапанами: они открываются до, либо после достижения мертвой точки. Моменты открытия/закрытия бесступенчато регулируются. В противном случае поршни и клапана могут удариться друг о друга.
Кроме этого не стоит забывать, что 4 такта – это два оборота коленчатого вала, т.е. 720 градусов вращения. Распределительные валы медленнее в два раза, поэтому за 4 такта они провернутся только на 360 градусов. Про фазу впуска, такт сжатия, рабочий ход, такт выпуска.
Длительность фаз остается неизменной – они задаются профилем кулачков распределительных валов. Вот только поменяв момент начала открытия/закрытия клапанов, удается перенастроить двигатель под определенные условия работы.
Приобрести нужные запчасти на ваш автомобиль вы можете в нашем каталоге.
Детально разбирать принцип работы системы смены фаз мы будем на примере мотора, у которого есть фазокрутилки на обоих распределительных валах. А описывая функционал системы, давайте договоримся представлять силовой агрегат, у которого всего один цилиндр и по одному впускному и выпускному клапану. Так будет максимально наглядно и понятно. Но все описанное одинаково подходит для всех современных бензиновых моторов.
Как работает эта система на холостых?
На холостом ходу клапана перекрывает минимально, а цилиндр заполнен свежим воздухом, что позволяет очистить его от отработавших газов. Чтобы добиться максимальной экономии, рассматриваемая сегодня система, может задать максимально позднее открытие и закрытие впускного клапана. Благодаря этому такт сжатия становится минимальным, а рабочая смесь подается во впускной коллектор. По сути, это уменьшает такт сжатия, да и реальная степень сжатия снижается относительно геометрической. Звучит сложно? Говоря простым языком – эти манипуляции снижают рабочий объем цилиндра. А вот выпускной клапан, наоборот, открывается раньше обычного, до того, как поршень дойдет до НМТ на рабочем такте. Благодаря этому у отработавших газов будет больше времени выйти из цилиндра.
Еще стоит знать, что, изменяя момент открытия/закрытия, система смены фаз позволяет задать куда более короткий такт сжатия, попутно удлинив рабочий ход. Это все сказывается в положительную сторону на КПД двигателя и экономии.
Как работает эта система при средней нагрузке?
При движении с постоянной скоростью мотору требуется набрать достаточно мощности, только так можно добиться экономии бензина. Но еще стоит помнить про экологичность. Совместить эти два фактора кажется нереальным? А вот и нет, это вполне реально.
Читайте также: Метки грм 4g93 16 клапанов
Решение очень элегантное: потребуется создать условия, где в цилиндры будет идти меньше воздуха и бензина. Также нужно максимально снизить внутренние потери при рабочих процессах.
Добиться этого удалось путем введения внутренней рециркуляции. Фазокрутилки устанавливают впускной клапан на самое раннее открытие, а вот выпускное – на максимально позднее. Благодаря чему, на такте выпуска перед ВМТ впускной клапан – открывается, одновременно с ним еще не успевает закрыться выпускной. Таким образом можно добиться максимального перекрытия клапанов и отработавшие газы могут быстро перейти во впуск.
А вот во время всасывания в цилиндр входит как свежая топливовоздушная смесь, так и отработавшие газы, кроме этого может засосать и не прогоревшее до конца топливо. И что самое главное, мотор отлично функционирует на получившейся смеси! У такого решения есть несколько положительных факторов: уменьшаются насосные потери, поскольку разрешение во впуске на порядок меньше, так что газы лучше идут через впускной клапан. Кроме этого в цилиндре скапливается не так много кислорода, так что и топлива в него подается меньше. Конечно, во время рециркуляции рабочий объем также снижается, но не благодаря геометрии камеры сгорания, а благодаря снижению количества топлива и воздуха, из которых и формируется искомая топливовоздушная смесь. И да, если в цилиндр входит меньше воздуха, то и температура сгорания снижается, а значит – ниже образование оксидов азота, что и делает мотор более экологичным.
А при максимальном перекрытии клапанов, длительность такта сжатия и рабочего хода – возрастают. Это и помогает улучшить эффективность силового агрегата.
Как работает эта система при полностью открытой заслонке?
Условно, работу мотора можно разделить на два этапа. На первом – когда педаль газа утоплена в пол, а мотор начинает разгоняться до максимальных оборотов. Данный режим даже имеет специальное название: «режим максимального крутящего момента». В нем, чтобы увеличить прирост крутящего момента, впускной клапан открывается раньше, так что и закрытие также идет раньше. Благодаря этому цилиндр очень быстро заполняет воздух, клапана почти не перекрыты, а такт сжатия длится максимально долго.
При возрастании скорости работы мотора, момент открытия становится более поздним. Опять же, перекрытие все еще минимальное, такт сжатия также уменьшается. А на позднем закрытии клапана на большой скорости работы мотора, цилиндр быстрее наполняется свежим зарядом. Проще говоря, забирает больший объем воздуха, который участвует в создании топливовоздушной смеси. Конечно, такт сжатия стал меньше, крутящий момент также понизился, вот только мотор все еще увеличивает скорость работы, а от этого увеличивается его КПД.
Система изменения фаз газораспределения на дизельных моторах
Дизелям вряд ли нужна система, отвечающая за смену момента открытия клапанов. В первую очередь, ДВС с воспламенением от сжатия не требуют поддержания стехиометрического состава топливовоздушной смеси. Вся фишка в том, что они хорошо функционируют на максимально обедненном составе, где превалирует содержания воздуха, так что им не требуются дополнительные меры, которые позволят увеличить количество подаваемого в цилиндры воздуха.
Кроме этого у дизелей нет нужды в дросселировании, так что разряжение во впускном коллекторе снижено до минимума и нет проблем с отложенным впуском.
Старые атмосферники были не очень быстрыми, отсюда и росли ноги проблем с заполнением цилиндров новым воздухом.
У современного поколения двигателей с воспламенением от сжатия есть турбонаддувы, а значит больше не нужны дополнительные манипуляции для улучшения работы клапанного механизма.
И да, благодаря высочайшей степени сжатия в дизелях возможно добиться открытия впускного клапана и позднего закрытия выпускного. А вот о перекрытии речи и быть не может.
Но стоит признать, что все же существуют турбодизельные моторы у которых есть возможность смены фаз. Например, компания Мицубиши выпускает такие моторы уже более 10 лет. Например, это ДВС 4N1, которые ставят на кроссоверы компании, идущие на рынки Центральной Европы. Да, у нас подобные моторы – редкость, но узнать подобный турбодизель легко по специальной маркировке DiD MIVEC.
Существуют фазорегуляторы и на двигателях VAG 1.6 TDI и 2.0 TDI, правда они идут под Евро-6. Отличительная черта данных моторов в поперечном расположении клапанов, благодаря чему всего один фазовращатель на распределительном валу отвечает за открытие одного впускного и выпускного клапана во всех цилиндрах.
Вот только смена фаз на этих моторах была введена, по большей части, для того, чтобы следовать строгим экологическим нормам.
Как функционируют муфты данной системы?
Теперь давайте поговорим непосредственно про смену момента открытия клапанов. Для функционирования всей системы нужно обеспечить свободу распределительных валов относительно вращения и, следовательно, относительно положения коленчатого вала и поршней.
Читайте также: Рав 4 время замены грм
И это стало возможно благодаря гидравлическим муфтам, которые управляются золотниковыми клапанами. Сейчас все производители задействуют муфты с лопастным ротором. Внешняя часть – статор, фиксируется с ремнем ГРМ или цепью. А во внутренней части расположен ротор, который стыкуется с распределительным валом. Лопасти ротора разделяют внутреннее пространство на 3-5 полостей, наполняемых маслом, которое подается не только перед лопастями, но и позади. Благодаря чему ротор может провернуться. Получается, что распределительный вал проворачивается относительно коленчатого, опаздывая, либо опережая коленвал.
За процесс подачи моторного масла отвечает еще один золотник, приводимый соленоидом. В корпус этого клапана также подается масло, попадающее чего центральный канал. И вполне логично, что каналы подачи масла есть до и после лопастей. Во время перемещения, золотник направляет масло в канал «ранних», либо «поздних» фаз. Соленоид – это катушка индуктивности, которая отвечает за перемещение золотника по сигналу от «мозгов» (ЭБУ).
Муфта впускного распределительного вала задает более широкий поворот относительно коленчатого вала: порядка 25-30 градусов опережения/опаздывания, а вообще система может устанавливать положение распредвала в пределах данного диапазона.
Стандартно, либо при неисправности работы данного системы, муфта фиксируется в режиме холостого хода, в таком случае впускные клапаны будут открываться намного позже BMT.
Муфта же выпускного распределительного вала может задавать опережение на 20 градусов, а система не позволяет выбирать промежуточные положения. В момент старта мотора, муфта обеспечивает нормальное положение, в котором выпускной клапан закроется чуть раньше BMT. Этот режим работает всегда, кроме холостого хода.
Во время перехода на холостые, муфта выпускного распределительного вала переходит на второе положение – когда впускной клапан откроется чуть раньше, чем HMT, а закроется намного раньше, нежели BMT.
С какими проблемами можно столкнуться в работе муфт изменения фаз газораспределения?
В принципе, неисправностей не так много. В муфтах имеется буквально несколько пар трения между статором и ротором. Старое и грязное масло провоцирует износ этих пар, из-за чего и появляется утечка масла. И да, не стоит забывать, что масло в камеры муфт подается не непрерывно: золотник открывается до достижения желаемого угла распределительного вала и закрывается. Так что если закачанное в камеры масло – вытекло, то угол установки распределительного вала становится более поздним. ЭБУ начинает повторно подавать команду на достижение раннего угла. Все это приводит к тому, что вырастает число срабатываний, а значит, внутрь зайдет еще больше загрязненного масла, что приведет к ускоренному износу муфты.
У первых версий моторов, лопасти роторов были его неотъемлемой частью. Затем были введены конструкции, где лопасти были сделаны в виде лопатки-шиберы, по аналогии с насосом ГУР, и вставлялись в пазы ротора. Получалась не самая надежная конструкция: шиберы быстро наклонялись в посадочных пазах, а это приводило к утечкам масла.
В лопастных муфтах есть стопор – миниатюрный штифт, фиксирующий ротор и статор, когда давление масла падает до нуля. Порой стопор просто изнашивается, так что во время запуска – сильно гремит, но противный звук пропадает после того, как он наполнится маслом.
Можно столкнутся с выходом из строя определенных частей системы, к примеру, нередко отказывает датчик положения распределительного вала, либо управляющего клапана, из-за чего система переходит в режим позднего открытия. Это приводит к понижению мощности мотора.
Винтовые муфты старого образца
У первых вариаций моторов можно увидеть винтовые муфты. Ротор скользит относительно статора в продольном направлении на шлицах, словно гайка по резьбе винта. Благодаря этому и происходит поворот распределительного вала относительно коленчатого. Подобная конструкция используется на двигателях компаний: БМВ, Вольво, Мерседес, Лексус.
У муфты компании Вольво нередки проблемы с герметичностью, что приводит к утечкам масла. А от выработки можно появится люфт между статором и ротором, что также приведет к утечкам.
А вот муфты Мерседес можно только похвалить, правда, ее придется менять в случае, когда изношенная цепь ГРМ обточила ее зубья.
Система смены фаз на двигателях Фольксваген
В конце 90-х и начале 2000-х, на моторах концерна VAG с 5-ю клапанами на цилиндр механизм смены фаз газораспределения представлял собой гидронатяжитель межраспредвальной цепи. Данный натяжитель сменял длину верхней, либо нижней ветви цепи, благодаря чему менялся поворот впускного распределительного вала относительно коленчатого.
Перейдя по ссылке можно проверить наличие на авторазборке конкретных автомобилей, с них также можно приобрести нужные запчасти.
- Свежие записи
- Опасность дремоты за рулем
- ОСАГО. Полезная информация для новичков
- Для чего нужна компьютерная диагностика авто?
- Выбор аудиосистемы для автомобиля
- Транспортное средство с высокой проходимостью