Фазы газораспределения

Одно из перспективных направлений повышения топливной экономичности и энергетических показателей двигателя, уменьшения выброса вредных веществ это повышение эффективности работы системы впуска и газораспределения. Однако при фиксированных фазах не удается достичь оптимальных выходных параметров двигателя на разных режимах работы.

Выход из сложившейся ситуации это использование для каждого режима работы своих оптимальных фаз газораспределения. Для этого целесообразно применить регулируемое движение клапанов. Это позволяет контролировать наполнение цилиндров и внутреннее турбулентное поле течения, влияющее на эффективность сгорания и ряд других показателей.

Механизмы, позволяющие изменять фазы газораспределения можно разделить на 1) Механизмы регулирования фаз; 2) Механизмы, позволяющие изменять как фазы, так и продолжительности открытия; 3) Механизмы регулирования фаз, подъема и продолжительности открытия.

Наибольший эффект дает система с электронным управлением фазами газораспределения. Клапаны по этой схеме приводятся в действие быстродействующими электропневматическими (электромагнитными) толкателями, снабженные демпферами для активного воздействия на скорость посадки клапанов. Толкатели программно управляются одним микропроцессорным модулем, состыкованным с микро- ЭВМ, причем управление открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов осуществляется раздельно. Однако эти механизмы имеют один большой недостаток– это повышенная сложность реализации.

Рис.10. Электропривод клапана:

1 – электромагнит; 2 – диск якоря; 3 – обмотка; 4 – клапан

Рис. 8. Способы изменения фаз газораспределения:

а – муфта с спиральными шлицами; б – роторный механизм: 1 - шлицевой вал; 2 звездочка привода распределительного вала; 3 – механизм сервопривода; 4 – распределительный вал; 5 – ротор; 6 – корпус ротора.

Наиболее простые механизмы, позволяющие изменять фазы, это двух- позиционные конструкции, которые смещают фазы газораспределения без изменения продолжительности открытия. Существуют следующие способы изменения положения распределительного вала относительно коленчатого вала: при помощи муфты с винтовыми шлицами, при помощи муфты с роторным механизмом (рис. 8), натяжным роликом, изменяющим длину ведущего участка цепи и поворачивающим распределительный вал относительно приводной звездочки.

При низкой частоте вращения впускной клапан закрывается раньше, чтобы уменьшить обратный выброс смеси, а выпускной клапан открывается позже для уменьшения потерь в конце хода расширения. При высокой частоте вращения и больших нагрузках впускной клапан закрывается позднее, чтобы увеличить дозарядку цилиндра за счет инерции потока смеси, а выпускной клапан открывается раньше, чтобы уменьшить потери в начале хода выпуска.

Существуют системы, обеспечивающие изменение не только фаз газораспределения, но и хода или продолжительности открытия клапана. Например, используя трехрокерный механизм можно изменять продолжительность открытия клапана. На рис. 9, а приведен вариант механизма с кулачком, имеющим конический профиль. При смещении распределительного вала в осевом направлении изменяется профиль рабочей части кулачка.

Еще одно перспективное направление в двигателестроении это улучшение топливной экономичности за счет контроля нагрузки без дросселя. Эффекта дроссельной заслонки можно достичь, плавно изменяя во всем диапазоне оборотов время открытия и величину хода впускных клапанов. Данная система способна изменять ход клапанов в диапазоне 0-9,7 мм, и симметрично смещать фазы газораспределения. Таким образом, за счет изменения хода клапана регулируется крутящий момент, дроссельная заслонка используется только для управления вентиляцией топливного бака, диагностики, при аварийном ходе.

Рис. 9. Системы двигателей с изменяемой высотой подъема впускных клапанов:

а – «Хонда» с коническими кулачками; б - ВМВ 7.- с двумя рычагами; 1 – шестерня с эксцентриками, 2 – распределительный вал; 3 – промежуточный рычаг; 4 – коромысло.

Система отличается от традиционной тем, что кулачок распределительного вала воздействует на клапан не непосредственно, а через промежуточный рычаг. В зависимости от положения промежуточного рычага увеличивается или уменьшается плечо и тем самым изменяется время открытия и величина подъема впускных клапанов в соответствии с нагрузкой и оборотами двигателя. Положение промежуточного рычага меняется поворотом эксцентрикового вала при помощи шагового электродвигателя. Время срабатывания механизма – 300 мс. Такое же время затрачивается на изменение фаз газораспределения в пределах 60^о. Получаемый эффект по расходу топлива достигает 14%, кроме того, удается обеспечить выполнение перспективных норм токсичности Евро-4. Существенно улучшаются и динамические качества автомобиля.