Изменяемые фазы газораспределения: Система изменения фаз газораспределения/ Variable Valve Timing, VVT

ᐉ Системы изменения фаз газораспределения

В обычном двигателе фазы газораспределения определяются формой кулачка распределительного вала и остаются неизменными во всех диапазонах работы двигателя. Однако постоянные фазы газораспределения не позволяют создавать оптимальные процессы смесеобразования.

Чтобы варьировать фазами газораспределения необходимо изменять положение распределительного вала относительно коленчатого.

Холостой ход. На этом режиме работы следует устанавливать такой угол поворота распределительного вала, который соответствует самому позднему началу открытия впускных клапанов (максимальный угол задержки, при минимальном перекрытии клапанов). Этим обеспечивается минимальное поступление отработавших газов во впускной трубопровод, что улучшает стабильность работы двигателя и снижение расхода топлива.

Режим низких нагрузок. Перекрытие клапанов уменьшается для минимизации поступления отработавших газов во впускной трубопровод, что улучшает стабильность работы двигателя.

Режим средних нагрузок. Перекрытие клапанов увеличивается, что позволяет снизить «насосные» потери, при этом часть отработавших газов поступает во впускной трубопровод, что позволяет снизить температуру рабочего цикла и вследствие этого содержание оксидов азота в отработавших газах.

Режим высоких нагрузок при низкой частоте вращения коленчатого вала. На этом режиме обеспечивается раннее закрытие впускных клапанов, что обеспечивает увеличение крутящего момента. Небольшое или нулевое перекрытие клапанов заставляет двигатель бо­лее четко реагировать на изменение положения дроссельной заслонки, что, например, очень важно в транспортном потоке.

Режим высоких нагрузок при высокой частоте вращения коленчатого вала. Для того чтобы получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленчатого вала, необходимо перекры­тие клапанов около ВМТ с большим углом поворота коленчатого вала. Это связано с тем, что мощность в наиболь­шей степени зависит от максимально возможного количества топливно-воздушной смеси, попадающей в цилиндр за ко­роткое время, но, чем выше частота вращения, тем меньше время, отводимое на заполнение цилиндра.

Главными задачами системы изменения фаз газораспределения являются:

• улучшение качества работы двигателя на холостом ходу
• снижение расхода топлива
• оптимизация крутящего момента в области средних и высоких частот вращения коленчатого вала
• увеличение внутренней рециркуляции отработавших газов с сопутствующим ей снижением температуры газов при сгорании и уменьшением выброса оксидов азота
• увеличение мощности в области высоких частот вращения коленчатого вала

В 90-е годы все больше и больше двигателей стали обору­доваться системами изменения фаз газораспределения таким образом, что угол перекрытия клапанов мог изменяться в со­ответствии с режимами работы двигателя. В этих системах, применяемых на двигателях DOHC (с двумя распределительными валами), монтировалось специальное устройство в привод­ную шестерню распределительного вала впускных клапанов. Такие устройства называют изменяемыми фазами газораспределения VIVT (Variable inlet valve timing).

Впервые изменение фаз газораспределения было применено на автомобилях Альфа Ромео в 1983 году. После этого такие системы стали применяться на автомобилях Мерседес, Ниссан, БМВ, Порше и др. Принцип действия привода поворота распределительного вала, для изменения фаз газораспределения, может быть механический, гидравлический, электрический и пневматический.

Как правило, изменение фаз газораспределения применяется в двигателях с двумя распределительными валами, один из которых служит для открытия впускных клапанов, другой – выпускных. Широкое распространение находят системы с изменение натяжения цепи по принципу гидравлического кольца. Изменение фаз газораспределения при таком виде производится только для впускных клапанов. Распределительный вал для открытия выпускных клапанов приводится во вращение от коленчатого вала двигателя через шестерню или звездочку ременной или цепной передачи 1, а распределительный вал для открытия впускных клапанов через цепную передачу от звездочки установленной на распределительном вале привода выпускных клапанов 2.

Рис. Привод системы с изменение натяжения цепи по принципу гидравлического кольца:
1 – привод распределительного вала для выпускных клапанов; 2 – звездочка распределительного вала для привода выпускных клапанов; 3 – звездочка распределительного вала для привода впускных клапанов

В систему изменения фаз газораспределения масло поступает через отверстие в головке блока. Изменение потоков масла осуществляется управляющим клапаном 1, передвигающим золотник 2, по сигналам блока управления двигателем.

Рис. Устройство для изменения фаз газораспределения по натяжению цепи:
1 – управляющий клапан; 2 – золотник; 3 – звездочка привода впускных клапанов; 4,9 – натяжитель цепи; 5 – толкатель натяжителя цепи; 6 – полость для масла; 7 – звездочка привода выпускных клапанов; 8 – фиксатор стартовый; 10 – управляющий поршень

Для изменения фаз газораспределения впускных клапанов служит гидравлический цилиндр с поршнем 10. При подаче масла в цилиндр по сигналу блока управления поршень, выдвигаясь, воздействует на натяжитель цепи. Одна сторона цепи начинает удлиняться, а противоположная укорачиваться, при этом происходит поворот звездочки для привода впускных клапанов, не связанной цепной передачей с коленчатым валом. Управление подачей масла осуществляется с помощью клапана 1, управляемого электронным блоком управления. Указанная система имеет дискретный двухпозиционный диапазон изменения фаз газораспределения, так как давление масла, развиваемое штатным масляным насосом, изменяется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, и может служить только для движения поршня в верхнее или нижнее положение. Такой принцип изменения фаз газораспределения имеют серийные двигатели фирм Ауди, Порше и Фольксваген.

В зависимости от сигнала блока управления масло направляется в каналы А или В. При неработающем двигателе изменения натяжения цепи не происходит, ввиду отсутствия давления масла на управляющий поршень 6. Стартовый фиксатор 4 при этом входит в паз канавки управляющего поршня и стопорит его, исключая колебания цепи. Распределительный вал в данном случае устанавливается на более позднее открытие клапанов, соответствующее увеличению мощности двигателя.

Рис. Схема подачи масла в устройство изменения фаз газораспределения:
а – позднее открытие клапанов; б – раннее открытие клапанов; 1 – возврат масла; 2 – подвод масла; 3 – продувочное и масляное отверстие; 4 – фиксатор стартовый; 5 – полость для масла; 6 – управляющий поршень; 7 – управляющие каналы

После запуска двигателя, когда давление масла начинает возрастать, оно воздействует на плоскость стартового фиксатора, преодолевая натяжение его пружины. Стартовый фиксатор освобождает управляющий поршень и он, передвигаясь, натягивает цепь, устанавливая фазы газораспределения в положение раньше или позже, соответствующее увеличению крутящего момента или мощности двигателя. При открытом управляющем канале А, масло воздействует на поршень сверху и он натягивает цепь вниз, устанавливая открытие клапанов в положение соответствующее большей мощности (позднее открытие клапанов).

При достижении частоты вращения коленчатого вала 1300 об/мин открывается канал В и масло воздействует на поршень снизу и он натягивает цепь вверх, устанавливая открытие клапанов в положение соответствующее большему крутящему моменту (раннее открытие клапанов).

Полость для масла служит для наполнения без давления плунжера натяжного устройства цепи нагнетательной полости при запуске двигателя. Это сказывается также положительно на шумовых свойствах при запуске двигателя. Отверстие 3 сверху полости для масла служит для вентиляции и смазки цепи.

В связи с все более повышающимися требованиями к уменьшению выбросов токсичных веществ с отработавшими газами в настоящее время разработаны устройства, которые могут из­менять фазы газораспределения во всем диапазоне возмож­ной частоты вращения коленчатого вала двигателя, как для впускных так и для выпускных клапанов, что позволяет регулировать количество остаточных отработавших газов в камере сгорания. Бесступенчатое изменение фаз газораспределения позволяет также улучшить работу двигателя на холостом ходу и полных нагрузках, обеспечивая повышение крутящего момента и мощности.

Для увеличения давления на поршень может применяться отдельный масляный насос. Применения высокого давления позволяет устанавливать более точное положение распределительного вала в зависимости от нагрузки двигателя.

Необходимый угол изменения фаз газораспределения выбирается в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала по полю параметрических характеристик. Отклонение необходимого угла поворота распределительного вала от истинного угла рассчитывается по алгоритму блока управления, согласно выданному значению которого, изменяется ток в клапане управления давлением масла. Клапан управления в свою очередь изменяет давление масла на исполнительный механизм, позволяющий поворачивать распределительный вал. Частота вращения коленчатого вала определяется индуктивными датчиками, установленными на коленчатом или распределительном валах, считывающими частоту вращения по зубчатым колесам, установленным на валах.

Распределительный вал привода впускных клапанов может поворачиваться и с помощью поршня.

Рис. Схема устройства изменения фаз газораспределения:
1 – головка блока; 2 – распределительный вал; 3 – звездочка привода распределительного вала; 4 – поршень; 5 – электромагнит; 6 – якорь-клапан; 7 – косозубые шлицы; а – поздние фазы; б – ранние фазы; в – соединение деталей устройства косозубыми шлицами

Устройство устанавливается на переднем конце распределительного вала, управляющего впускными клапанами.

При низких частотах вращения коленчатого вала обеспечивается позднее открытие впускных клапанов и минимальное перекрытие клапанов, что позволяет добиться минимально воз­можного обратного выброса отработавших газов во впускной канал, увели­чения крутящего момента и снижения расхода топлива. В этом положении якоря-клапана его вертикальный канал соединен с пространством с правой стороны поршня, так как электромагнит 5 устройства выключен. Поршень 4 отжат влево под воздействием пружины и давления масла, поступающего через якорь-клапан 6.

На высоких частотах по команде электронного блока управления двигате­лем включается электромагнит 5, сердечник кото­рого соединяет вертикальный канал с пространством с левой стороны поршня. Масло из центрального отверстия распределительного вала поступает под поршень 4, имеющий внутренние и наружные косые шлицы. Ответные шлицы име­ет конец вала и ступица звездочки цепи 3. Двигаясь в направ­лении «назад», поршень за счет шлицев обеспечивает сдвиг звездочки в окружном направлении относительно вала на 12…15° в сторону более раннего впуска. Это позволяет увели­чить крутящий момент двигателя на высоких частотах враще­ния. Подобные механизмы устанавлива­ются на двигателях (MERCEDES-BENZ, ALFA ROMEO и др.) с двумя верхними распределительными валами.

В конструкции двигателей БМВ применены принципы работы обоих вышеописанных способов изменения фаз газораспределения.

Рис. Бесступенчатое изменение фаз газораспределения фирмы БМВ:
1 – управляющий поршень; 2 – косозубая шестерня; 3 – прямозубая шестерня; 4 – натяжитель цепи

Косозубая шестерня 2 может перемещаться в продольном направлении при воздействии масла на управляющий поршень. Перемещаясь, она сдвигает в окружном направлении звездочку привода распределительного вала. Применение такой конструкции позволяет изменять фазы газораспределения не только для впускных (до 60°), но и для выпускных клапанов (до 46°).

Альтернативной вышеизложенным системам является более дешевая конструкция системы изменения фаз газораспределения, действующая с использованием гидроуправляемой муфтой.

Рис. Схема системы непрерывного изменения фаз газораспределения с гидроуправляемой муфтой:
1 – масляный насос; 2 –электронный блок управления двигателем; 3 – датчик Холла для распределительного вала привода выпускных клапанов; 4 – датчик Холла для распределительного вала привода впускных клапанов; 5 – распределительный вал для впускных клапанов; 6 – распределительный вал для выпускных клапанов; 7 – электрогидравлический распределитель распределительного вала для впускных клапанов; 8 – электрогидравлический распределитель распределительного вала для выпускных клапанов; 9 – рабочие полости; 10 – ротор; 11 – гидроуправляемая муфта; а – общая схема; б – поворот ротора относительно корпуса вправо; в – поворот ротора относительно корпуса влево

Рис. Общий вид системы непрерывного изменения фаз газораспределения с использованием лопастного гидравлического двигателя:

Привод состоит из двух частей – внутренней с закручивающимся ротором 10, связанной с распределительным валом и внешней 11, приводимой цепью или ременной передачей от коленчатого вала. Связь между обеими частями осуществляется с помощью масляной полости, в которой выступы ротора или лопасти поворачивают ротор влево или вправо. Одновременно с ротором поворачивается распределительный вал, на который навинчен ротор.

Давление масла в рабочей камере зависит от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и температуры двигателя. Положение распределительного вала относительно коленчатого вала во время работы двигателя может быть как переменным, так и постоянным (фиксированным). Питание рабочей полости осуществляется от системы смазки двигателя.

Жесткая связь между приводной звездочкой и ротором, связанным с распределительным валом, существует только во время запуска двигателя. Некоторые производители, например Ауди, при запуске двигателя блокируют ротор при запуске двигателя специальным плунжером, управляемым гидравлической системой, что позволяет установить распределительный вал привода впускных клапанов в положении наиболее благоприятного впуска топливовоздушной смеси. При наполнении масляной полости маслом, внутренняя и внешняя части привода разъединяются. При самом большом давлении масла распределительные валы поворачиваются в положение соответствующее наиболее позднему впуску горючей смеси и наиболее раннему выпуску отработавших газов.

Управляющий электрогидравлический распределитель 8 состоит из гидравлической части и электромагнита. Клапан установлен на корпусе распределительных валов и подключен к системе смазки двигателя. В цилиндре распределителя установлен золотник, перемещение которого приводит к изменению потоков масла. Управление положением золотника управляющего распределителя происходит по сигналу электронного блока управления 2. В зависимости от положения распределителя масло подается к гидроуправляемой муфте через один или через оба канала. Подключением того или иного канала производится перестановка ротора в положение «рано» или «поздно» или же он удерживается в определенном фиксированном положении.

Исходное положение золотника определяется натяжением возвратной пружины.

Диапазон перестановки распределительного вала составляет 40° по углу поворота коленчатого вала или 20° по углу поворота распределительных валов.

В настоящее время системы непрерывного изменения фаз газораспределения применяются на двигателях Ауди, Фольксваген, Тойота, Рено, Вольво и др.

что это, как это работает

Фазы газораспределения в двигателях автомобилей и другой техники обеспечивают своевременную подачу топливной смеси в цилиндры и удаление продуктов сгорания. За это отвечает отдельный механизм, который постоянно совершенствуется, чтобы обеспечить максимальную эффективность работы мотора. Любые нарушения в системе приводят к негативным последствиям – от перерасхода топлива и падения мощности до выхода агрегата из строя.

Что такое фазы распределения?

Фаза газораспределения – это момент, который начинается при открывании впускного либо выпускного клапана и заканчивается при его закрытии. При это важно, чтобы поршень находился в правильном положении.

Автомобили еще пару десятилетий назад не имели системы, позволяющей корректировать фазы газораспределения. Поэтому мотор работал с низкой эффективностью. На разных режимах использовались одни и те же настройки. Основное внимание уделялось кулачкам на распредвале – менялся размер и форма, так как именно от их профиля во многом зависела продолжительность и своевременность фаз.

Со временем инженеры стали искать решение, которое бы позволило менять настройки прямо в процессе работы двигателя. Именно тогда и появились первые двигатели с регулируемыми фазами.

Для чего необходима система изменения фаз?

Данное дополнение делает двигатель на порядок сложнее. Со временем неизбежно возникают неисправности, что пугает многих автомобилистов. На самом деле двигатели с изменяемыми фазами намного лучше по целому ряду причин:

1. Ресурс двигателя увеличивается. За счет того, что топливо подается правильно, при сгорании не образуется слишком сильного взрыва, повреждающего поверхность цилиндра и поршня. Все агрегаты работают на порядок мягче, что позволяет служить им дольше.
2. Отдача мотора улучшается во всем диапазоне оборотов. Благодаря настройкам фаз газораспределения двигатели объемом 1,6 л и даже меньше выдают свыше 100 лошадиных сил, что раньше было невозможно.
3. Машина намного лучше работает на холодную. За счет настройки положения клапанов мотор даже при отрицательной температуре подбирает оптимальный режим и нагревается за минимальное время.

Система доказала свою эффективность, поэтому используется на большинстве современных автомобилей. Причем реализуют ее разными способами. Есть три основных варианта.

Как влияют фазы на работу двигателя?

Если силовой агрегат может подстраиваться под разные режимы за счет системы изменения фаз газораспределения, то это существенно повышает его характеристики и положительно влияет на работу во всем диапазоне оборотов. Инженеры разработали системы, которые имеют ряд характерных особенностей:

1. Работа двигателя внутреннего сгорания на холостом ходу существенно улучшается. В режиме прогрева подается больше топливной смеси, что помогает намного быстрее достичь рабочей температуры. После чего система настраивается на сокращение расхода топлива и стабилизацию оборотов. Раньше при прогреве использовались варианты с регулируемой заслонкой или ручным управлением (подсос), теперь все стало намного проще и эффективнее.
2. Расход топлива существенно снижается. Это достигается за счет того, что двигатели с изменяемыми фазами подстраиваются под режим работы и обеспечивают идеальное время открывания и закрывания клапанов как на холостом ходу, так и на максимальных оборотах. До этого часть топлива неизбежно уходила в выхлопную трубу, так как не успевала сгорать.
3. Увеличение мощности. За счет того, что система ГРМ подстраивается под обороты с помощью механизма изменения угла распредвала, топливо всегда подается в нужный момент, а выхлопные газы удаляются без остатка. Смесь полностью сгорает, что позволяет обеспечить максимальную отдачу. Это особенно хорошо заметно при резком нажатии на педаль – двигатели с изменяемыми фазами на порядок приемистее стандартных и при одинаковом объеме разгоняются намного быстрее.
4. Обеспечивается оптимальный крутящий момент во всем диапазоне оборотов. Двигатель выдает максимально возможные показатели во время езды, что обеспечивает хорошую динамику и комфортное вождение. Стандартные моторы достигают оптимального крутящего момента только на определенных оборотах.
5. Система изменения работы клапанов обеспечивает рециркуляцию выхлопных газов, так как какое-то время оба клапана открыты одновременно. За счет этого существенно уменьшается выброс вредных веществ в атмосферу.

Это только часть позитивных моментов, которые обеспечиваются за счет усовершенствования системы ГРМ. Очень важно следить за рабочим состоянием всех элементов, например, если клапан изменения фаз выйдет из строя, то положение распредвала меняться не будет.

Изменяемые фазы газораспределения

Разберем основные варианты, используемые в современном автомобилестроении. Каждый из них доказал свою эффективность и проверен на сотнях тысяч машин. Какой из вариантов выбирать – непринципиально: при правильной эксплуатации ресурс примерно одинаков.

За счет поворота распредвала

Этот вариант используют ведущие автопроизводители – Тойота, Фольксваген, Дженерал Моторс, Вольво, Хонда, Киа и Рено. Первыми массово эксплуатируемыми авто в стране можно назвать БМВ с легендарной системой ВАНОС, в которой регулировалось положение распределительного вала. Особенности работы:

1. На распредвале расположена гидравлическая муфта, которая при необходимости меняет угол узла, тем самым изменяя фазы газораспределения. Если распредвалов два, то и муфты может быть две.
2. Узел расположен внутри корпуса ГБЦ. Управление муфтами реализовано за счет давления масла, поэтому в них есть масляные каналы. Регулировка происходит за счет электрогидравлических датчиков изменения фаз газораспределения или электромагнитных клапанов.
3. Муфта изменения угла представляет собой ротор, который зафиксирован на распредвале и корпус, который одновременно служит шкивом ГРМ. Внутри узла есть масляные каналы и камеры. В них подается масло, за счет чего ротор меняет свое положение по отношению к корпусу. Это и обеспечивает корректировку вала.
4. Управляет системой ЭБУ, на который подается вся необходимая информация о работе двигателя: данные с датчиков Холла, скорость вращения коленвала, температура и расход воздуха, температура антифриза. Анализируя показатели, ЭБУ корректирует распредвал так, чтобы обеспечить эффективную работу двигателя.

Этот вариант достаточно надежен. Проблемы чаще всего возникают с муфтами, которые со временем начинают работать некорректно или просто блокируются в одном положении и не регулируются. Чаще всего в таких ситуациях требуется замена вышедшего из строя узла.

Изменение фаз за счет разной формы кулачков на распредвале

Подобные системы используют Хонда, Митсубиси, Тойота и Ауди. Этот вариант даже проще в устройстве, но при этом дает хороший эффект. Его основные особенности:

1. Регулируется система впрыска, поэтому на каждый цилиндр приходится по два впускных клапана. При этом управление ими производится с помощью 3 коромысел и 3 кулачков на распределительном валу (крайние кулачки маленькие, средний большой).
2. При малых оборотах двигателя задействованы только крайние коромысла и кулачки. Фазы газораспределения короткие, что обеспечивает экономное расходование топлива.
3. При увеличении оборотов привод системы (гидравлический блокирующий узел) блокирует все коромысла и работа производится за счет большого кулачка, так как он намного выше. За счет этого фазы газораспределения удлиняются и обеспечивается большая мощность.

В усовершенствованном варианте на распределительном валу три кулачка разной высоты. На малых оборотах открывается только один клапан. В среднем диапазоне задействуется уже два клапана, а при больших нагрузках работает средний кулачок самого большого размера.

Система регулировки за счет изменения высоты подъема клапанов

Была разработана в начале нулевых годов инженерами БМВ, потом ее стали использовать такие марки, как Пежо, Фиат, Тойота и Ниссан. Многие специалисты считают этот вариант самым совершенным, так как из конструкции можно исключить дроссельную заслонку, что улучшает регулировку подачи топливной смеси. Особенности:

1. Состоит из сервопривода с червячным валом и возвратной пружиной, впускного и выпускного распредвала, червячной шестерни, эксцентрикового вала и элементов впуска и выпуска.
2. Системой управляет ЭБУ, собирающий информацию с многочисленных датчиков, установленных на двигателе и в выпускном тракте. После обработки данных он передает сигнал на сервопривод, который через червячный вал воздействует на эксцентриковый вал. Далее через промежуточный рычаг и коромысло выставляется высота подъема впускных клапанов, что и обеспечивает правильную подачу топлива.

Этот вариант при всей своей сложности имеет большое преимущество: возможность регулировать фазы газораспределения максимально точно во всем диапазоне оборотов.

Использование двигателя с регулировкой фаз газораспределения позволит экономить топливо и наслаждаться отличной динамикой при езде. Лучше отдавать предпочтение именно таким вариантам.

Подробный обзор: система изменения фаз газораспределения

Обзор системы изменения фаз газораспределения

Стремясь повысить эффективность использования топлива и повысить производительность современных автомобилей, почти каждый производитель оборудовал новые автомобили технологией изменения фаз газораспределения (VVT), также известной как переменная синхронизация кулачка (VCT).

Основными компонентами систем VVT являются соленоиды управления и звездочки. Эти детали в сочетании с другими компонентами, включая цепи ГРМ, звездочки ведущей шестерни, регулировочное колесо коленчатого вала, уплотнение коленчатого вала и прокладки, составляют систему VVT. Большинство систем VVT активируются маслом, а некоторые более новые системы работают за счет крутящего момента двигателя.

Как работает VVT?

Электромагнитный клапан управления получает сигнал от PCM и измеряет расход моторного масла через ряд каналов. Это перемещает звездочку в положение опережения или замедления. В двигателях с фиксированным распределительным валом инженерам приходится балансировать между качеством и производительностью на холостом ходу, с одной стороны, и выбросами и экономией топлива, с другой. В результате ни одна из этих целей не достигается полностью. Изменяемая фаза газораспределения позволяет двигателю добиться плавного холостого хода при достижении остальных целей. Современные системы VVT в сочетании с такими технологиями, как электронное управление дроссельной заслонкой и непосредственный впрыск топлива, позволяют двигателям меньшего размера развивать более высокую мощность и крутящий момент при более низких оборотах.

Для повышения производительности выпускной кулачок немного запаздывает, чтобы улучшить дыхание двигателя. Более высокие обороты двигателя означают более короткое время открытия клапана и повышенную скорость воздуха. Увеличенная скорость выталкивает больше выхлопных газов из цилиндра. Замедленная синхронизация выпускных клапанов увеличивает объемную эффективность. Выпускной клапан все еще открыт, когда открывается впускной. Исходящий импульс выхлопа создает зону низкого давления за клапаном, что увеличивает перепад давления между впускным отверстием и камерой сгорания. В результате улучшается наполнение цилиндров. Помните, что это невозможно сделать на холостом ходу из-за низкой скорости воздуха.

Для обеспечения функции рециркуляции отработавших газов выпускной кулачок полностью задерживается, что значительно задерживает открытие выпускного клапана и увеличивает перекрытие клапанов. В результате выхлопные газы остаются в цилиндре. Открытие выпускного клапана позже сохраняет большее давление выхлопных газов в цилиндре, вызывая отталкивание всасываемого заряда и задержку выхлопных газов.

В некоторых системах впускной распределительный вал выдвигается вперед при открытии дроссельной заслонки. Такое размещение открывает впускной клапан раньше и пропускает некоторое количество выхлопных газов во время такта впуска, что имеет эффект рециркуляции отработавших газов. Он также раньше закрывает впускной клапан, что увеличивает такт сжатия. На холодном двигателе более раннее открытие впускного клапана также приведет к нагреву всасываемого топлива и поможет снизить выбросы при запуске.

Некоторые новые системы используют лучшее из обоих миров; они управляют несколькими камерами независимо друг от друга. В двойных независимых системах выпускной распределительный вал запаздывает, а впускной клапан опережает друг друга. Это максимизирует эффект рециркуляции отработавших газов и дополнительно снижает насосные потери для достижения максимальной эффективности.

Причины и последствия отказа системы VVT

Несмотря на то, что VVT является полезной системой, она не застрахована от сбоев. Большинство отказов со временем возникают из-за низкого уровня моторного масла, плохой циркуляции масла или нерегулярной замены масла и фильтров. Поскольку давление масла используется для опережения или замедления многих из этих систем, крайне важно использовать масло правильной спецификации и регулярно менять масло. Симптомы проблем с системой VVT включают неровный холостой ход, шум двигателя, нестабильный холостой ход, остановку двигателя, недостаток мощности и снижение эффективности использования топлива. Автомобилисты часто будут предупреждены о проблеме с помощью индикатора Check Engine.

Во многих случаях, когда заменяется компонент VVT, рекомендуется одновременно заменять сопутствующие компоненты, так как время «в эксплуатации» одинаково. Точно так же, если комплект ГРМ заменяется на двигателе с VVT, компоненты VVT должны быть заменены. При каждом обслуживании системы VVT настоятельно рекомендуется замена масла и фильтра.

Выбор лучших деталей для работы
Стандартные® соленоиды и звездочки VVT предназначены для конкретных двигателей и предназначены для обеспечения правильной работы сложных систем VVT. Каждый соленоид Standard® VVT

имеет компоненты из анодированной стали, которые ограничивают накопление шлама и защищают от прилипания. Они также оснащены уплотнительными кольцами и прокладками премиум-класса для предотвращения утечек масла, а также разъемом жгута, соответствующим оригинальному оборудованию. Звездочки Standard® являются заменой оригинального оборудования, которые соответствуют жестким допускам по размерам для улучшения внутреннего уплотнения, минимизации обратного оттока масла и сокращения частоты корректировки PCM. Все соленоиды и звездочки Standard® VVT проходят полный спектр испытаний на качество, включая температурный удар, термоциклирование, соляной туман, вибрацию, испытания при хранении и многое другое. Линейка Standard® также включает в себя несколько комплектов VVT, а также ряд сопутствующих компонентов, включая фильтры катушки VVT, комплекты натяжителей цепи, магниты регулятора положения и многое другое.

Для получения дополнительной информации о замене этих компонентов выполните поиск «VVT» на канале Standard Brand на YouTube или посетите StandardVVT.com.

При поддержке Standard® .

Двигатели Honda, Nissan, Toyota и Mitsubishi — Регулировка фаз газораспределения

| Практическое руководство — Двигатель и трансмиссия

И нет, мы не копировали это из Интернета.

Язык выполнения импорта может быть странным. Иногда это словесная смесь цифр и букв, например, RX-8, NSX и MR2, которые кажутся случайными. В других случаях он использует такие слова, как Civic и Skyline, которые изначально не имели никакого отношения к автомобильному миру. Еще более странно, когда компании просто придумывают вещи, такие как Sentra и Celica, и надеются, что такие названия заставят вас захотеть владеть одним из этих автомобилей, даже если вы понятия не имеете, что это значит. (Мир импорта не одинок в этом. Кто вообще когда-либо думал, что Citation — хорошее название для автомобиля?)

Жаргон выходит далеко за рамки имен. Спецификации автомобилей полны аббревиатур, которые на первый взгляд могут иметь, а могут и не иметь никакого значения. И иногда мы так привыкаем к этим аббревиатурам, что можем думать, что знаем, что они означают, но на самом деле это не так. Итак, мы придумываем вещи. Конечно, мы могли бы описать, что означает DOHC или TDC. Но как насчет VTEC, этого инженерного изобретения, которое существует уже более десяти лет и перешло от гоночного NSX к обычному Civic? Вы точно знаете, что это такое, как оно работает и чем оно отличается от нового i-VTEC? А как насчет других систем V-word, таких как Toyota VVT-i, Nissan CVTC или Mitsubishi MIVEC?

Все эти скремблированные буквы являются частью удивительного мира систем с регулируемым клапанным механизмом, удивительной технологии, которая переходит от высокопроизводительных автомобилей к более популярным седанам и даже — содрогайтесь — внедорожникам. Мы объясним, что это за системы и как они работают, чтобы вы могли разбрасываться терминологией, точно знать, что она означает, и впечатлять женщин с усиленным силиконом и их «любопытных» подруг. Ведь в этом все дело, верно?

Основные сведения о клапанном механизме
Прежде чем вы сможете оценить преимущества технологии регулируемых клапанных механизмов, вы должны понять ограничения традиционных систем клапанных механизмов. Итак, давайте ненадолго вернемся в Автомагазин 101.

Проектирование распределительного вала для правильной синхронизации работы клапана — дело тонкое. Двигатели в наших автомобилях работают со скоростью примерно от 800 об/мин на холостом ходу до, ну, вы называете это на самом верху. Даже при относительно умеренных 3000 об/мин клапаны открываются и закрываются два десятка раз в секунду. Это не позволяет воздуху входить и выходить из цилиндров много времени.

Характеристики высокопроизводительного двигателя усугубляют проблему. Он работает на более высоких оборотах двигателя, чем «обычный» двигатель, поэтому события открытия и закрытия клапанного механизма происходят еще быстрее. Но в то же время производительному двигателю требуется больше воздуха и топлива для создания большей мощности. Таким образом, типичный высокопроизводительный распределительный вал имеет профили лепестков, которые обеспечивают больший подъем клапана, позволяя большему объему воздуха проходить через отверстие. Профили лепестков также открывают клапаны на более длительный период (называемый продолжительностью), давая воздуху больше времени для прохождения в камеру или из нее.

Но этот кулачок с большим подъемом и длительным сроком службы не будет работать в обычном двигателе. Это будет удерживать клапаны открытыми слишком долго для низких и нормальных рабочих скоростей. Например, на стороне впуска, если клапан остается открытым слишком далеко в такте сжатия, поршень будет выталкивать свежий воздух и топливо обратно во впускное отверстие. Или, если выпускной клапан оставался открытым в начале такта впуска, выхлопные газы могли быть втянуты обратно в цилиндр и разбавить новый заряд. На гоночных скоростях такие фазы газораспределения и перекрытия позволяют эффективно перемещать воздух через цилиндры. Но вы когда-нибудь замечали, что гоночные двигатели ни черта не стоят на холостом ходу? Это время камеры, ребята.

И наоборот, относительно низкий подъем клапана и короткая продолжительность, которые так хорошо работают в обычном двигателе, задушили бы мощный двигатель. Может быть, не на холостом ходу или при начальном открытии дроссельной заслонки, но, безусловно, на высоких оборотах, где это должно работать.

И есть ограничение традиционной установки кулачка и клапана. Синхронизация кулачка, поскольку она определяется формой выступов кулачка и положением кулачка относительно вращения коленчатого вала, фиксирована. Кулачок работает наиболее эффективно при одной частоте вращения двигателя. Вы можете изменять время событий, продвигая или замедляя распредвал, что улучшит мощность в нижнем или верхнем конце, в зависимости от того, как вы перемещаете кулачок. Но у вас не может быть и того, и другого. Получить мощность и производительность на низких и высоких оборотах невозможно, если только вы не сможете каким-то образом изменить синхронизацию кулачка и подъемную силу в зависимости от частоты вращения двигателя…

Honda/Acura VTEC
VTEC на языке Honda/Acura означает систему изменения фаз газораспределения и электронное управление подъемом. (VVTALEC просто недостаточно животный, не так ли?) Впервые представленный на борту новаторского NSX в 1991 году, VTEC теперь доступен во всей линейке продуктов Honda/Acura, вплоть до бензинового/электрического Civic Hybrid. Система VTEC эволюционировала, чтобы соответствовать этим различным двигателям, но ее основы остались прежними.

Сердцем системы VTEC является конструкция распределительного вала с тремя лепестками для каждой пары впускных и выпускных клапанов, а также соответствующие коромысла, приводящие клапаны в действие. На низких и средних оборотах двигателя клапаны открываются и закрываются коромыслами, которые следуют за двумя внешними кулачками. Эти внешние кулачки были отшлифованы, чтобы обеспечить относительно низкую подъемную силу и короткую продолжительность. При пересечении определенного порога частоты вращения двигателя (от 6000 об/мин в NSX, RSX и S2000 до 5600 об/мин в Prelude) компьютер VTEC посылает сигнал на клапан, использующий моторное масло для создания давления в маленьких поршнях. коромысла. Это фиксирует два внешних коромысла на центральном рычаге, который выровнен с кулачком кулачка с большей подъемной силой и увеличенным сроком службы. Клапаны теперь открываются шире и остаются открытыми дольше, чтобы подавать в двигатель больше воздуха и топлива, необходимых для работы на высоких оборотах и ​​высокой мощности.

За 10 с лишним лет, прошедших с момента появления VTEC, корпорация разработала несколько интересных вариаций на эту тему. Нынешние двигатели Civic Si и RSX мощностью 160 л. с. оснащены упрощенной системой коромысла с двумя рычагами, которые регулируют фазы газораспределения только на стороне впуска двигателя. Ниже 2200 об/мин поступающий воздух в основном проходит только через один впускной клапан, создавая сильное завихрение заряда, что улучшает низкоскоростное сгорание. При частоте вращения выше 2200 об/мин второе коромысло входит в зацепление с первым, так что оба впускных клапана открываются на одинаковую высоту и продолжительность, что значительно увеличивает количество воздуха, сжигаемого двигателем. В двигателе мощностью 200 л.с. в RSX Type-S используются традиционные трехрычажные коромысла как на впускных, так и на выпускных клапанах.

Civic Si и обе модели RSX также используют новую «интеллектуальную» систему VTEC, которая называется i-VTEC. На самом деле «i» — это менее громоздкий способ для Honda сказать, что она добавила Variable Timing Control (VTC) к VTEC. VTC аналогичен системе BMW VANOS, которая регулирует фазы впускного распределительного вала, чтобы постоянно соответствовать потребностям двигателя в воздухе и топливе. Вот как это работает: привод VTC отслеживает ряд входных сигналов двигателя — положение кулачка, угол опережения зажигания, положение дроссельной заслонки и т. д. — а затем направляет масло под давлением в камеры внутри ведущей звездочки кулачка, чтобы опережать или замедлять положение кулачка относительно коленчатый вал. Поэтому, когда вы, например, стоите на светофоре, кулачок почти полностью замедляется, чтобы обеспечить более плавный холостой ход и снизить выбросы NOx. Откройте дроссельную заслонку, и кулачок переместится вперед, чтобы открыть впускной клапан раньше и увеличить перекрытие клапанов, что улучшит реакцию на средних оборотах. Honda планирует добавить эту технологию «i» ко всем своим четырехцилиндровым двигателям к тому времени, когда прочитайте это., но значит ли это, что автомобили Type-S для всех? Едва ли. Хотя система VTC действительно помогает двигателю вырабатывать мощность, это является побочным преимуществом реальной цели корпорации: эффективности. VTC снижает выбросы и улучшает экономию топлива, помогая Honda соблюдать все более строгие правила в отношении двигателей здесь и в Японии.

Прародителем систем изменения фаз газораспределения является Honda/Acura VTEC, впервые появившаяся на борту суперкара Acura NSX в 1991 году. об/мин) после всех этих лет.

Toyota VVT-i
Toyota несколько опоздала на эту вечеринку; его система изменения фаз газораспределения с интеллектом (VVT-i) была представлена ​​​​для двигателей V-8, V-6 и I-6 в Lexus LS400, SC и GS 1998 модельного года. Но компания наверстывает упущенное, так как теперь VVT-i есть практически на всех автомобилях Toyota и Lexus в линейке.

VVT-i работает так же, как система Honda VTC. Блок управления двигателем отслеживает различные входные данные (включая частоту вращения двигателя, воздушный поток, температуру охлаждающей жидкости и т. д.). Используя давление масла для приведения в действие шкива распределительного вала, он затем продвигает или замедляет впускной распределительный вал в соответствии с рабочими потребностями двигателя.

С момента своего появления в 1997 году Toyota разработала двухступенчатый вариант VVT-i, зависящий от числа оборотов, под названием VVTL-i, что означает «Изменение фаз газораспределения и подъем с интеллектом». Установленный на 1,8-литровом 180-сильном двигателе Toyota Celica GT-S, VVTL-i сочетает в себе бесступенчатую регулировку фаз газораспределения с новыми двухлепестковыми распределительными валами как для впускных, так и для выпускных клапанов. При частоте вращения двигателя ниже 6000 об/мин набор коромысел следует за набором кулачков с малой подъемной силой и коротким сроком службы. На шести тысячах штифт под коромыслами толкает их, так что они задействуют второй набор кулачков, который был отшлифован для значительно большей подъемной силы. Как и в случае с системой VTEC, более высокий подъем лучше соответствует потребностям двигателя, вращающегося между 6000 об/мин и красной линией 7800 об/мин.

Новая версия i-VTEC только с впуском также используется на борту нынешнего Civic Si, что дает ему те же 160 лошадей, что и стандартный RSX.

Nissan CVTC
Двигатели Nissan VQ V-6, которые впервые появились на модели Maxima, а теперь используются в новых моделях Altima, Infiniti G35 и 350Z, оснащены клапанным механизмом с непрерывным регулированием фаз газораспределения (CVTC). Подобно уже рассмотренным установкам VTC и VVT-i, CVTC представляет собой систему фазирования кулачка. Лопасть, расположенная внутри звездочки кулачкового привода, вращается, чтобы опережать или замедлять синхронизацию впускного распределительного вала, чтобы максимизировать эффективность двигателя и выходную мощность на основе информации о двигателе и условиях движения, которую он получает от монитора управления двигателем. Увеличение времени кулачка повышает крутящий момент в диапазоне от низкого до среднего, а замедление времени улучшает производительность на высоких оборотах.

Nissan разработал непрерывную регулировку фаз газораспределения (CVTC), чтобы добавить фазировку кулачка к своему семейству двигателей V-6 VQ. Присмотритесь, и вы увидите контроллер распредвала прямо под черной крышкой двигателя и перед приводной цепью кулачка. Если этот мотор не покажется вам знакомым, так и будет. Этот пример CVTC находится на борту 3,5-литрового VQ35DE, используемого в 350Z.

Однако, в отличие от других технологий, CVTC не имеет соответствующей системы для изменения подъема или продолжительности работы клапанов. Таким образом, как и кулачок горячего стержня, который перемещается вперед или назад во время раскачки двигателя, CVTC не меняет характер события открытия клапана, а только его время. Но в отличие от хот-родов старой школы, CVTC может двигаться в обе стороны по желанию, чтобы влиять на мощность во всем диапазоне оборотов.

Mitsubishi MIVEC
Инновационная система электронного управления фазами газораспределения и подъема клапанов Mitsubishi (MIVEC) была запущена в производство в 1993 году и использовалась на нескольких автомобилях Mitsu для внутреннего рынка с начала до середины 90-х годов. Применения варьировались от 1,6-литровых четырехцилиндровых двигателей в Mirage Cyborg, Mirage Asti и Lancer до 2,0-литровых двигателей V-6 для FTO (купе, похожее на Eclipse, также известное под своим полным названием Fresh Touring Origination) и даже 3,0-литровые двигатели. Версия V-6 для high-line Diamante. Однако MIVEC сейчас является устаревшей технологией, поскольку Mitsu постепенно отказалась от нее в пользу других моделей с эффективным двигателем, таких как непосредственный впрыск бензина.

Так почему мы говорим о японских технологиях середины 90-х? В свое время это были довольно респектабельные машины. Пиковая мощность двигателя MIVEC объемом 1,6 л достигла почти 175 л.с., что в то время было «самой высокой единичной выходной мощностью для серийного двигателя без наддува в мире». Два других мотора тоже были неплохи: 2,0-литровый выдавал всего 200 л.с., а 3,0-литровый выдавал чуть более 265 лошадей. В коробчатом виде. Неудивительно, что в Интернете есть ярые фанаты MIVEC, рассказывающие истории о замене двигателей MIVEC и 7-секундном спринте от 0 до 100 миль в час. Как и в случае с VTEC, в системе MIVEC использовались распределительные валы с низко- и высокоскоростными кулачками, двойные коромысла и рычаг с гидравлическим управлением, который включал любое коромысло в зависимости от частоты вращения двигателя. Порог для MIVEC составлял 5000 об/мин. Ниже этого низкоскоростные кулачки приводили в действие низкоскоростные коромысла, и автомобиль ощущался как любой другой. Однако при пяти тысячах рычаг включал высокоскоростные коромысла, позволяя высокоскоростным кулачкам использовать свою большую подъемную силу и более длительный срок службы, а двигатель визжал вплоть до красной отметки в 8000 об/мин.

Но пиковая мощность была лишь частью истории MIVEC. Для тех, кто стремился к оптимальной экономии топлива (важное соображение в Японии), появилась вторая версия MIVEC с режимом модулируемого рабочего объема (MD). При малых нагрузках двигателя (например, в городских условиях движения) рычаг, соединяющий коромысла высоких и низких оборотов в цилиндрах 1 и 4, расцеплялся, закрывая клапаны и превращая четырехконтурный двигатель в двухконтурный. Не самая захватывающая вещь для двигателя, но испытания, проведенные Mitsubishi, показали, что при постоянной скорости 60 км/ч 1,6-литровый двигатель MIVEC с режимом MD развивал скорость 26 км/л (или 61 миль на галлон при скорости около 37 миль в час). Имейте в виду, что режим MD не сводит на нет максимальную мощность, доступную двигателю MIVEC от его кулачков с высоким подъемом.