Што такое фазы газаразмеркавання і як яны працуюць

У канструкцыю чатырохтактнага рухавіка, які працуе па прынцыпе вылучэння энергіі падчас згарання сумесі паліва і гаручага, уваходзіць адзін важны механізм, без якога агрэгат не зможа функцыянаваць. Гэта ГРМ або газаразмеркавальны механізм.

У большасці стандартных маторах ён усталёўваецца ў галоўцы блока цыліндраў. Падрабязней пра прыладу механізму распавядаецца ў асобным артыкуле. Цяпер засяродзімся на тым, што такое фаза газаразмеркавання, а таксама як яе праца ўплывае на магутнаснага паказчыкаў матора і яго ККД.

Што такое фазы газаразмеркавання рухавіка

Коратка пра самае механізме ГРМ. Каленчаты вал праз рэмень прывад (у многіх сучасных двс замест прагумаванага рамяня усталёўваецца ланцуг) злучаны з распредвалом. Калі кіроўца запускае ДВС, стартар пракручвае махавік. Абодва вала пачынаюць сінхроннае кручэнне, але з рознай хуткасцю (у асноўным за адзін абарот размеркавальнага вала каленчаты здзяйсняе два абароту).

На размеркавальным вале маюцца спецыяльныя кулачкі, выкананыя ў форме кропелькі. Калі канструкцыя пракручваецца, кулачок націскае на подпружиненный шток клапана. Клапан адкрываецца, дазваляючы паліўна-паветранай сумесі трапіць у цыліндр або выдаліць выхлап ў выпускны калектар.

Фазай газаразмеркавання як раз і называецца момант, калі клапан пачынае адкрываць впускное / выпускное адтуліну да таго самага моманту, калі адбываецца яго поўнае закрыццё. Кожны інжынер, хто працуе, той над распрацоўкай сілавога агрэгата, разлічвае, якой павінна быць вышыня адкрыцця клапана, а таксама на які час ён застанецца ў адкрытым стане.

Ўплыў фаз газаразмеркавання на працу рухавіка

У залежнасці ад таго, у якім рэжыме працуе матор, газаразмеркавання павінна пачынацца альбо раней, альбо пазней. Гэта ўплывае на ККД агрэгата, яго эканамічнасць і максімальны крутоўны момант. Прычына ў тым, што своечасовае адкрыццё / закрыццё впускного і выпускнога калектараў мае ключавое значэнне ў максімальна эфектыўным выкарыстанні энергіі, якая вызваляецца ў працэсе згарання ВТС.

Калі впускной клапан пачынае адкрывацца не ў той момант, калі поршань выконвае такт ўпускаючы, то будзе адбывацца нераўнамернае напаўненне паражніны цыліндру свежай порцыяй паветра і гаручае горш змяшаецца, што прывядзе да няпоўным згаранню сумесі.

Што тычыцца выпускнога клапана, то ён таксама павінен адкрывацца не раней, чым поршань зойме ніжнюю мёртвую кропку, але і не пазней таго, як ён пачне свой ход ўверх. У першым выпадку кампрэсія ўпадзе, а разам з ёй матор страціць магутнасць. У другім - прадукты гарэння пры закрытым клапане будуць ствараць супраціў для поршня, які пачаў свой ўздым. Гэта дадатковая нагрузка на крывашыпна-шатунный механізм, што можа вывесці з ладу некаторыя яго дэталі.

Для адэкватнай працы сілавога агрэгата патрабуюцца розныя фазы газаразмеркавання. Для аднаго рэжыму трэба, каб клапана адкрываліся раней і зачыняліся пазней, а для іншых - наадварот. Таксама мае вялікае значэнне параметр перакрыцця - ці будуць адначасова адкрыты абодва клапана.

Большасць стандартных матораў маюць неменяющееся газаразмеркавання. Такі рухавік у залежнасці ад тыпу распредвала будзе мець максімальную эфектыўнасць альбо ў спартовым рэжыме, альбо пры мернай яздзе на паніжаных абаротах.

На сённяшні дзень шматлікія аўтамабілі сярэдняга і прэміяльнага сегмента абсталёўваюцца маторамі, сістэма газаразмеркавання якіх можа мяняць некаторыя параметры адкрыцця клапанаў, дзякуючы чаму адбываецца якаснае напаўненне і вентыляцыя цыліндраў пры розных абарачэннях коленвала.

Вось як павінна выконвацца газаразмеркавання на розных рэжымах рухавіка:

1. Халасты ход патрабуе так званых вузкіх фаз. Гэта азначае, што клапана пазней пачынаюць адкрывацца, а момант закрыцця ў іх наадварот - ранні. Адначасовага адкрытага стану ў такім рэжыме няма (абодва клапана не будуць адначасова адкрытымі). Калі кручэнне коленвала мае невялікае значэнне, пры перакрыцці фаз выхлапныя газы могуць трапляць ва впускной калектар, а некаторы аб'ём ВТС - у выпускны.
2. Максімальна магутны рэжым - для яго патрэбныя шырокія фазы. Гэта такі рэжым, пры якім з-за высокіх абаротаў клапаны маюць меншую працягласць адкрытага становішча. Гэта прыводзіць да таго, што пры спартыўнай яздзе напаўняльнасць і праветрыванне цыліндраў выконваецца няякасна. Каб выправіць сітуацыю, фазы газаразмеркавання трэба змяняць, то ёсць клапаны трэба раней адкрыць, а іх працягласць ў такім становішчы павінна павялічыцца.

Распрацоўваючы канструкцыі матораў з змяняецца фазамі газаразмеркавання, інжынеры ўлічваюць залежнасць моманту адкрыцця клапанаў ад абаротаў коленвала. Гэтыя складаныя сістэмы дазваляюць рабіць матор максімальна універсальным для розных стыляў язды. Дзякуючы такой распрацоўцы агрэгат паказвае шырокі спектр магчымасцяў:

• На нізкіх абарачэннях матор павінен быць цягучым;
• Пры павышэнні абаротаў ён не павінен губляць магутнасць;
• Незалежна ад таго, у якім рэжыме працуе ДВС, эканомія паліва, а разам з ёй і экалагічнасць транспарту, павінна мець максімальна магчымы ўзровень для канкрэтнага агрэгата.

Усе гэтыя параметры можна змяняць за кошт замены канструкцыі размеркавальных валаў. Аднак і ў гэтым выпадку ККД матора будзе мець сваю мяжу толькі на адным рэжыме. Як наконт таго, каб матор мог змяняць профіль самастойна ў залежнасці ад колькасці абаротаў каленчатага вала?

Змяняныя фазы газаразмеркавання

Сама па сабе ідэя мяняць час адкрыцця клапанаў падчас прац сілавога агрэгата не новая. Гэтая думка перыядычна з'яўлялася ў розумах інжынераў, якія займаліся распрацоўкай яшчэ паравых рухавікоў.

Так, адна з падобных распрацовак называлася рэдуктарам Стывенсана. Механізм змяняў час паступлення пару ў працоўны цыліндр. Рэжым называўся «адсячэнне пара». Калі спрацоўваў механізм, напор перанакіроўваўся у залежнасці ад канструкцыі транспартнага сродку. Па гэтай прычыне старадаўнія паравозы акрамя дыму выкідалі яшчэ і клубы пары, калі састаў стаяў на месцы.

Праца са зменай фаз газаразмеркавання таксама вялася з авіяцыйнымі агрэгатамі. Так, эксперыментальная мадэль матора V-8 ад кампаніі Clerget-Blin магутнасцю ў 200 конскіх сіл магла мяняць гэты параметр за кошт таго, што канструкцыя механізму ўключала слізгальны распредвал.

А на маторы Lycoming XR-7755 ўсталёўваліся размеркавальныя валы, у якіх меліся два розныя кулачка на кожны клапан. Прылада мела механічны прывад, і актываваўся самім пілотам. Ён мог выбраць адзін з двух варыянтаў у залежнасці ад таго, яму трэба падняць самалёт у неба, сысці ад пагоні ці проста выканаць эканамічны пералёт.

Што датычыцца аўтамабілебудавання, то над прымяненнем дадзенай ідэі пачалі задумвацца інжынеры яшчэ ў 20-х гадах мінулага стагоддзя. Прычынай стала з'яўленне высокооборотистых матораў, якія ўстанаўліваліся на спорткары. Павышэнне магутнасці ў такіх агрэгатах мела пэўны мяжа, хоць агрэгат можна было раскруціць і мацней. Каб транспартны сродак мела вялікую магутнасць, спачатку толькі павялічвалі аб'ём рухавіка.

Першым, хто ўкараніў зменлівыя газаразмеркавальныя фазы, быў Lawrence Pomeroy, які працаваў галоўным канструктарам аўтакампаніі Vauxhall. Ён стварыў матор, у якім у газаразмеркавальным механізме ўсталёўваўся асаблівы распредвал. Шэраг яго кулачкоў меў некалькі камплектаў профіляў.

4.4-літровы H-Type у залежнасці ад абарачэнняў каленчатага вала і нагрузкі, якую той адчуваў, мог перамяшчаць распредвал па падоўжнай восі. Дзякуючы гэтаму змянялася час і вышыня адкрыцця клапанаў. Так як гэтая дэталь мела абмежаванні ў перамяшчэнні, кіраванне фазамі таксама мела сваю мяжу.

Ажыццяўленнем падобнай ідэі займалася таксама кампанія Porsche. У 1959-м годзе з'явіўся патэнт на «вагальныя кулачкі» размеркавальнага вала. Гэтая распрацоўка павінна была змяняць вышыню ўздыму клапанаў, а разам з тым і час іх адкрыцця. Распрацоўка так і засталася на стадыі праекта.

Самым першым працаздольным механізмам кіравання фазамі газаразмеркавання была распрацоўка кампаніі Fiat. Вынаходніцтва распрацаваў Giovanni Torazza ў канцы 60-х гг. У механізме выкарыстоўваліся гидротолкатели, якія змянялі кропку апоры штурхача клапана. Прылада працавала ў залежнасці ад таго, якімі былі абароты рухавіка і ціск ва впускном калектары.

Аднак першым серыйным аўтамабілем з змяняецца фазамі ГР быў ад Alfa Romeo. Мадэль Spider 1980-га года выпуску атрымала электронны механізм, які змяняе фазы ў залежнасці ад рэжымаў працы ДВС.

Спосабы змяніць працягласць і шырыню фаз газаразмеркавання

На сённяшні дзень існуе некалькі тыпаў механізмаў, якія змяняюць момант, час і вышыню адкрыцця клапанаў:

1. У самым простым выкананні гэта асаблівая муфта, якая ўсталяваная на прывад газаразмеркавальнага механізму (фазовращатель). Кіраванне ажыццяўляецца дзякуючы гідраўлічнаму ўздзеяння на выконваючы механізм, а кантроль выконвае электроніка. Калі рухавік працуе на халастых абарачэннях, распредвал знаходзіцца ў першапачатковым становішчы. Як толькі абароты павышаюцца, электроніка рэагуе на гэты параметр, і актывуе гідраўліку, якая трохі пракручвае размеркавальны вал адносна першапачатковага становішча. Дзякуючы гэтаму клапаны адкрываюцца крыху раней, што дае магчымасць хутчэй напоўніць цыліндры свежай порцыяй ВТС.
2. Змена профілю кулачкоў. Гэта распрацоўка, якой карыстаюцца аўтамабілісты ўжо досыць даўно. Калі ўсталяваць распредвал з нестандартнымі кулачкамі, можна прымусіць агрэгат працаваць з большай эфектыўнасцю на падвышаных абарачэннях. Аднак такую ​​мадэрнізацыю павінен выконваць разбіраецца механік, што прыводзіць да вялікіх растратах як. У маторы з сістэмай VVTL-i распредвалы маюць некалькі камплектаў кулачкоў з рознымі профілямі. Калі ДВС працуе на халастых абарачэннях, сваю функцыю выконваюць стандартныя элементы. Як толькі паказчык абаротаў коленвала перамяшчаецца за адзнаку ў 6 тысяч, размеркавальны вал трохі ссоўваецца, дзякуючы чаму ў працу ўступаюць іншы камплект кулачкоў. Падобны працэс адбываецца, калі рухавік раскручваецца да 8.5 тысяч, і пачынае працаваць трэці камплект кулачкоў, якія робіць фазы яшчэ шырэй.
3. Змяненне вышыні адкрыцця клапана. Гэтая распрацоўка дазваляе адначасова змяняць рэжымы працы ГРМ, а таксама выключыць дросельную засланку. У такіх механізмах націск на педаль акселератара актывуе механічнае прылада, якое ўплывае на сілу адкрыцця впускных клапанаў. Такая сістэма забяспечвае скарачэнне расходу паліва прыблізна на 15 адсоткаў, а таксама павышэнне магутнасці агрэгата на столькі ж. У больш сучасных маторах выкарыстоўваецца не механічны, а электрамагнітны аналаг. Годнасць другога варыянту ў тым, што электроніка здольная больш эфектыўна і плаўна змяняць рэжымы адкрыцця клапанаў. Вышыня ўздыму можа быць практычна ідэальнай, а час адкрыцця можа мець больш шырокія межы ў параўнанні з папярэднімі мадыфікацыямі. Такая распрацоўка дзеля эканоміі паліва можа нават адключыць некаторыя цыліндры (не адкрываць некаторыя клапаны). Такія маторы актывуюць сістэму, калі машына спыняецца, але ДВС ня трэба выключаць (напрыклад, на святлафоры) ці калі кіроўца запавольвае аўто пры дапамозе ДВС.

Навошта мяняць фазы газаразмеркавання

Прымяненне механізмаў, якія змяняюць фазы газаразмеркавання дазваляюць:

• Больш эфектыўна выкарыстоўваць рэсурс сілавога агрэгата на розных рэжымах яго працы;
• Павялічыць магутнасць без неабходнасці ў ўстаноўкі нестандартнага распредвала;
• Зрабіць транспартны сродак больш эканамічным;
• Забяспечыць эфектыўнае напаўненне і вентыляцыю цыліндраў на высокіх абарачэннях;
• За кошт больш эфектыўнага згарання паветрана-паліўнай сумесі павысіць экалагічнасць транспарту.

Бо розныя рэжымы працы ДВС патрабуюць сваіх параметраў фаз газаразмеркавання, з выкарыстаннем механізмаў змены ФГР машына можа адпавядаць ідэальным параметрах магутнасці, крутоўнага моманту, экалагічнасці і эканамічнасці. Адзіная праблема, якую пакуль ні адзін вытворца не можа вырашыць, гэта дарагоўля прылады. У параўнанні са стандартным маторам аналаг, абсталяваны падобным механізмам, будзе каштаваць амаль у два разы больш.

Некаторыя аўтамабілісты выкарыстоўваюць сістэмы змены фаз газаразмеркавальнага механізму, каб павысіць магутнасць аўто. Аднак з дапамогай мадыфікаванага ГРМ максімум з агрэгата немагчыма выціснуць. Аб іншых магчымасцях чытайце тут.

У завяршэнне прапануем невялікае навочны дапаможнік аб працы сістэмы змены фаз газаразмеркавання:

Сістэма змены фаз газаразмеркавання на прыкладзе CVVT

Пытанні і адказы:

Што называецца фазай газаразмеркавання? Гэта момант, калі адчыняецца/зачыняецца клапан (впускной або выпускны). Гэты тэрмін выяўляецца ў градусах павароту коленвала рухавіка.

Чтое ўплывае на фазы газаразмеркавання? На фазы газаразмеркавання ўплывае рэжым працы рухавіка. Калі ў ГРМ няма фазавяртальніка, то максімальны эфект дасягаецца толькі ў вызначаным дыяпазоне абарачэнняў матора.

Для чаго патрэбна Дыяграма фаз газаразмеркавання? Гэтая дыяграма паказвае, наколькі эфектыўна адбываецца напаўненне, згаранне і ачыстка ў цыліндрах у пэўным дыяпазоне абарачэнняў. Яна дазваляе пісьменна падабраць фазы газаразмеркавання.