Ефективність двигуна внутрішнього згоряння часто залежить від процесу газообміну, тобто наповнення повітряно-паливної суміші і відводу вже відпрацьованих газів. Як ми вже з вами знаємо, цим займається ГРМ (газорозподільний механізм), якщо правильно і «тонко» налаштувати його під певні обороти, можна домогтися дуже не поганих результатів в ККД. Інженери давно б’ються над цією проблемою, вирішувати її можна різними способами, наприклад впливом на самі клапана або ж поворотом розподільних валів …
ЗМІСТ СТАТТІ
- Навіщо взагалі потрібні фазообертачі?
- Принцип роботи
- VVT (Variable Valve Timing), KIA-Hyundai (CVVT), Toyota (VVT-i), Honda (VTC)
- Honda (VTEC), Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC), Kia (CVVL)
- Плавне включення або Fiat (MultiAir), BMW (Valvetronic), Nissan (VVEL), Toyota (Valvematic)
- FreeValve
- ВІДЕО ВЕРСІЯ
Щоб клапана ДВС працювали завжди правильно і не були схильні до зносу, спочатку з’явилися просто «штовхачі», потім гидрокомпенсаторы, але цього виявилося замало, тому виробники почали впровадження так званих «фазовращателей» на розподільні вали.
Зміст
Навіщо взагалі потрібні фазообертачі?
Щоб це зрозуміти що таке фазообертачі і навіщо вони потрібні, прочитайте для початку корисну інформацію. Вся справа в тому, що двигун не працює однаково на різних обертах. Для холостих і не високих обертів ідеальними будуть «вузькі фази», а для високих – «широкі».
Вузькі фази – якщо колінчастий вал обертається «повільно» (холостий хід), то обсяг і швидкість відводу відпрацьованих газів також невеликі. Саме тут ідеально застосовувати «вузькі» фази, а також мінімальне «перекриття» (час одночасного відкриття впускних і випускних клапанів) – нова суміш не проштовхується в випускний колектор, через відкритий випускний клапан, але і відповідно відпрацьовані гази (майже) не проходять у впускний. Це ідеальне поєднання. Якщо ж зробити «фазирование» — ширше, саме при невисоких вирощених колінчастого вала, то «відпрацювання» може змішатися з вступниками новими газами, знизивши тим самим її якісні показники, що однозначно знизить потужність (мотор стане працювати нестійко або навіть затихне).
Широкі фази – коли обороти ростуть, відповідно зростає й обсяг і швидкість температура газів. Тут вже важливо швидше продувати циліндри (від відпрацювання) і швидше заганяти в них надходить суміш, фази повинні бути «широкими».
Звичайно ж керує відкриттями звичайний розподільний вал, а саме його «кулачки» (своєрідні ексцентрики), у нього є два кінця – один як би гострий, він виділяється, інший просто зроблений півколом. Якщо гострий кінець — то відбувається максимальне відкриття, якщо округлий (з іншого боку) – максимальне закриття.
АЛЕ у штатних розподільних валів – НЕМАЄ регулювання фаз, тобто вони їх не можуть розширити або зробити вже, все ж інженери задають усереднені показники – щось середнє між потужністю і економічністю. Якщо завалити вали в одну із сторін, то ефективність, або економічність двигуна впаде. «Вузькі» фази, не дадуть ДВС розвивати максимальну потужність, а ось «широкі» — не буде нормально працювати на малих обертах.
От би регулювати в залежності від обертів! Це і було винайдене – по суті це і є система регулювання фаз, ПОПРОСТОМУ — ФАЗООБЕРТАЧІ.
Принцип роботи
Зараз не будемо лізти всередину, наше завдання зрозуміти, як вони працюють. Власне звичайний распредвал на кінці має розподільну шестерню, яка в свою чергу з’єднується з ременем або ланцюга ГРМ.
Распредвал з фазовращателем на кінці має трохи іншу, змінену конструкцію. Тут розташовуються дві «гідро» або електрокеровані муфти, які з одного боку також зачіпляються за привід ГРМ, а з іншого боку з валами. Під впливом гідравліки або електроніки (є спеціальні механізми) всередині цієї муфти можуть відбуватися зрушення, таким чином, вона може трохи повертатися, тим самим змінюючи відкриття або закриття клапанів.
Потрібно відзначити, що не завжди фазер встановлюється на два распредвала відразу, буває що один знаходиться на впускному або на випускному, а на другому просто звичайна шестерня.
Як зазвичай процесом керує ЕБУ, яка збирає дані з різних датчиків двигуна, таких як положення колінчастого валу, холу, частота обертання двигуна, швидкості і т. д.
Зараз я вам пропоную розглянути основні конструкції, таких механізмів (думаю так у вас більше проясниться у голові).
VVT (Variable Valve Timing), KIA-Hyundai (CVVT), Toyota (VVT-i), Honda (VTC)
Одними з перших запропонували повертати колінвал (щодо початкового положення), компанія Volkswagen, зі своєю системою VVT (на її основі побудували свої системи багато інших виробників)
Що в неї входить:
Фазообертачі (гідравлічні), встановлені на впускному і випускному валу. Вони підключені до системи змащення двигуна (власне це масло і закачується в них).
Якщо розібрати муфту всередині є спеціальна зірочка зовнішнього корпусу, яка нерухомо з’єднана з валом ротора. Корпус і ротор при накачуванні масла можуть зміщуватися відносно один одного.
Механізм закріплюється в головці блоку, в ній є канали для підведення масла до обох муфтам, контролюються потоки двома електрогідравлічними розподільниками. Вони до речі також закріплюються на корпусі головки блоку.
Крім цих розподільників в системі багато датчиків – частоти колінчастого вала, навантаження на двигун, температури охолоджуючої рідини, положення распред і колін валів. Коли потрібно повернути відкоригувати фази (наприклад — високі або низькі обороти), ЕБУ зчитуючи дані дає накази розподільниках подавати масла в муфти, вони відкриваються і тиск масла починає накачувати фазообертачі (тим самим вони повертаються в потрібну сторону).
Холостий хід – повертання відбувається таким чином, щоб «впускний» распредвал забезпечив більш пізнє відкриття і пізніше закриття клапанів, а «випускний» розгортається так, щоб клапан закривався набагато раніше до підходу поршня у верхню мертву точку.
Виходить, що кількість відпрацьованої суміші знижується майже до мінімуму, причому вона практично не заважає на такті впуску, це сприятливо позначається на роботі двигуна на холостих обертах, його стабільності та рівномірності.
Середні і високі обороти – тут завдання видати максимальну потужність, тому «повертання» відбувається таким чином, щоб затримати відкриття випускних клапанів. Таким чином, залишається тиск газів на такті робочого ходу. Впускні в свою чергу відкриваються після досягнення поршнем верхньої мертвої точки (ВМТ), і закриваються після НМТ. Таким чином, ми отримуємо динамічний ефект «дозарядки» циліндрів двигуна, що несе за собою збільшення потужності.
Максимальний крутний момент – як стає зрозуміло, нам потрібно якомога більше наповнювати циліндри. Для цього потрібно набагато раніше відкривати і відповідно набагато пізніше закривати впускні клапана, зберегти суміш межах і не допустити її виходу назад у впускний колектор. «Випускні» ж у свою чергу, закриваються з деяким випередженням до ВМТ, щоб залишити невеликий тиск у циліндрі. Думаю це зрозуміло.
Таким чином, зараз працює багато схожих систем, з них найпоширеніші Renault (VCP), BMW (VANOS/Double VANOS), KIA-Hyundai (CVVT), Toyota (VVT-i), Honda (VTC).
АЛЕ і ці не ідеальні, вони можуть тільки зміщувати фази в одну або іншу сторону, але не можуть реально «звузити» або «розширити» їх. Тому зараз починають з’являтися більш досконалі системи.
Honda (VTEC), Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC), Kia (CVVL)
Щоб додатково регулювати підняття клапана, були створені ще більш просунуті системи, але родоначальницею була компанія HONDA, зі своїм двигуном VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control). Суть в тому, що крім зміни фаз, ця система може більше піднімати клапана, тим самим покращуючи наповнення циліндрів або відведення відпрацьованих газів. У HONDA зараз використовується вже третє покоління таких моторів, які ввібрали в себе відразу обидві системи VTC (фазообертачі) і VTEC (підняття клапана), і зараз вона називається – DOHC i-VTEC.
Система ще більш складна, вона має просунуті распредвали в яких є комбінований кулачки. Два звичайних по краях, які натискають на коромисла в звичайному режимі і середній більш висунутий кулачок (високопрофільний), який включається і натискає клапана скажімо після 5500 оборотів. Ця конструкція є на кожну пару клапанів і коромисел.
Як же працює VTEC? Приблизно до 5500 об/хв мотор працює в штатному режимі, використовуючи тільки систему VTC (тобто крутить фазообертачі). Середній кулачок як би не замкнутий з двома іншими по краях, він просто обертається в порожню. І ось при досягненні високих оборотів, ЕБУ дає наказ на включення системи VTEC, починає закачуватися масло і спеціальний штифт виштовхується вперед, це дозволяє замкнути всі три «кулачка» відразу починає працювати найвищий профіль – тепер саме він тисне пару клапанів, на які розрахована група. Таким чином, клапан опускається набагато більше, що дозволяє додатково наповнити циліндри нової робочої сумішшю і відвести більший обсяг «відпрацювання».
Варто відзначити, що VTEC стоїть і на впускному і випускному валах, це дає реальну перевагу і приріст потужності на високих оборотах. Приріст приблизно в 5 – 7%, це дуже хороший показник.
Варто відзначити, хоча ХОНДА була першою, зараз подібні системи використовуються на багатьох автомобілях, наприклад Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC), Kia (CVVL). Іноді як наприклад в моторах Kia G4NA, використовується ліфт клапанів тільки на одному распредвалу (тут тільки на впускному).
АЛЕ і в цій конструкції є свої недоліки, і найголовніший це ступеневу включення в роботу, тобто їсте до 5000 – 5500 і далі відчуваєте (п’ятою точкою) включення, іноді як поштовх, тобто немає плавності, а хотілося б!
Плавне включення або Fiat (MultiAir), BMW (Valvetronic), Nissan (VVEL), Toyota (Valvematic)
Хочете плавності будь ласка, і тут першої в розробках була компанія (барабанний дріб) – FIAT. Хто б міг подумати, вони перші створили систему MultiAir, вона ще більш складна, але більш точна.
«Плавна робота» тут застосована на впускних клапанах, причому распредвала тут взагалі немає. Він зберігся тільки на випускний частини, але він має вплив і на впуск (напевно заплутав, але спробую пояснити).
Принцип роботи. Як я сказав, тут є один вал, і він керує і впускними і випускними клапанами. ОДНАК якщо на «випускні» він впливає механічно (тобто банально через кулачки), то ось на впускні вплив передається через спеціальну електро-гідравлічну систему. На валу (для впуску) є щось типу «кулачки», які натискають не на самі клапана, а на поршні, а ті передають накази через електромагнітний клапан на робочі гідроциліндри відкривати або закривати. Таким чином, можна добитися потрібного відкриття в певний період часу і оборотів. При малих обертах, вузькі фази, при високих – широкі, і клапан висувається на потрібну висоту адже тут все управляється гідравлікою або електричними сигналами.
Це дозволяє зробити плавне включення в залежності від оборотів двигуна. Зараз такі розробки є також у багатьох виробників, таких як BMW (Valvetronic), Nissan (VVEL), Toyota (Valvematic). Але і ці системи не ідеальні до кінця, що знову не так? Власне тут знову ж таки є привід ГРМ (який забирає на себе близько 5% потужності), є распредвал і дросельна заслінка, це знову забирає багато енергії, відповідно краде ККД, от би від них відмовитися.
FreeValve
Відмова повністю від валів, дроселя і приводу ГРМ (ланцюг або ремінь) виносять багато виробників, але першими зробили Шведи у своєму суперкар Koenigsegg, який до речі розвиває аж 1500 л. с.
Як це влаштовано? Замість валів тут знаходяться спеціальні електромагнітні актуатори, в яких вбудовані пневматичні пружини. ЕБУ контролює кожен такий клапан і здатна відкривати і закривати його дуже швидко (до 100 разів у секунду) і на будь-яку відстань яке потрібно. Це дозволяє регулювати фази на будь-яке задане значення! І ЦЕ РЕАЛЬНО ДУЖЕ КРУТО.
Випробування показали, що такий мотор до 30% могутніше і ефективніше ніж аналоги з розподільчою системою, а також він економічний на ці ж 30%. Плавність ходу тут на висоті.
Мінусом поки що є такий мотор, галасливий, така кількість електромагнітних клапанів створює клацання при відкриття, причому воно наростає при підвищенні оборотів. Також вартість агрегату поки дуже висока, але якщо його запустити в серію ціна може значно впасти.
Що ж ось ми з вами і розглянули основні види фазовращателей і просто систем газорозподілу без них. Хто не особливо зрозумів подивіться відео версію, там я постараюся розповісти все просто і на пальцях.
НА цьому закінчую, думаю, моя стаття була для вас корисною, підписуйтесь на наш сайт і канал на YOUTUBE, щиро ваш АВТОБЛОГГЕР.
Ресурс ланцюга ГРМ. Торкнемося і продукцію Фольксваген. Всі неодноз…
Навіщо закривають радіатор взимку. Скажімо картонкою, потрібні знання…
Автоодеяло, типу АВТОТЕПЛО – а сенс? Мій відгук. Розберемо…
