Системы изменения фаз ГРМ: типы и особенности работы
Известно, что продолжительность цикла открытия и закрытия клапана и оптимальные его значения зависят от режима работы мотора. Система автоматического управления ГРМ, с одной стороны, способствует лучшей работе мотора в режиме холостого хода, увеличению мощности и крутящего момента двигателя, а с другой стороны, позволяет снизить уровень токсичности отработавших газов и обеспечить их рециркуляцию. При этом система изменения фаз ГРМ оптимизирует работу двигателя без внедрения каких-либо конструктивных изменений. Современные моторы помимо системы автоматического управления фазами ГРМ могут оснащаться также и системой отключения цилиндров, которая позволяет снизить расход топлива и уменьшить токсичность выхлопа при неполной нагрузке на мотор. Изменение фаз ГРМ может осуществляться или поворотом распредвала, или с помощью кулачков разнообразного профиля, или же варьированием высоты подъема клапана.
В современном автомобилестроении чаще всего для изменения фаз применяется схема изменения поворота распредвала.
Такую схему можно встретить, например, на автомобилях BMW, она называется Vanos (Double Vanos), на машинах марки Toyota (VVT-i или Dual VVT-i). Разработчики Honda применяют систему VTC (Variable Timing Control). На машинах концерна Volkswagen AG используется традиционная и хорошо знакомая всем система изменения фаз ГРМ – VVT (Variable Valve Timing) с гидроуправляемыми муфтами (по одной муфте на каждый распредвал).
От Single VANOS к Duble VANOS
Систему VANOS (Variable Nockenwellen Steuerung) создали разработчики из BMW совместно со специалистами компании Continental Teves. Принцип работы системы: изменение положения распредвала относительно коленвала, за счет чего и осуществляется регулировка фаз ГРМ. Первое поколение системы VANOS использовалось с начала 90-х годов. Отличительная особенность Single VANOS в том, что относительно коленвала регулируется только положение впускного распредвала. Такое решение позволило увеличить крутящий момент мотора в режиме низких оборотов, улучшило наполняемость цилиндров, стабилизировало работу холостого хода, а также способствовало снижению расхода топлива.
С середины 90-х годов разработчики BMW внедрили систему Double VANOS, которая позволила регулировать положение двух распредвалов, и это благотворно отразилось и на крутящем моменте двигателя, и на его мощности. При этом при работе системы Double VANOS удалось реализовать процесс дожига небольшой части выхлопных газов (в зависимости от режима работы мотора они направляются обратно в выпускной коллектор), что также улучшило экологические показатели автомобилей. Слабое место системы – уплотнительные кольца поршней, которые зачастую приходят в негодность в условиях перепада температур и перестают обеспечивать герметичность системы.
Такие гидроуправляемые муфты соединены с системой смазки силового агрегата. Работой всего узла «руководит» блок управления двигателя, который формирует свои команды на основе анализа данных о частоте работы коленвала, нагрузках на него, изменениях температурного режима. Блок управления посылает соответствующий сигнал, и масло из системы смазки двигателя поступает в муфты, а они поворачивают распредвалы с учетом полученных команд.
В системах, в которых используются кулачки различного профиля, изменение фаз ГРМ осуществляется за счет ступенчатого изменения продолжительности открытия и высоты подъема клапана. Подобные системы применяются в двигателях автомобилей Honda (VTEC), Mitsubishi (MIVEC) и других. Например, в двигателе VTEC на каждые два клапана распредвала приходится по три кулачка – два малых и один большой. Малые кулачки запускают в работу пару впускных клапанов в режиме невысоких оборотов коленвала. Задача большого кулачка – перемещать свободное коромысло в холостом режиме. Высота подъема клапанов минимальна, а фаза ГРМ имеет небольшую продолжительность. Переключение с одного режима работы на другой осуществляется бесступенчато за счет системы управления, оснащенной блокирующим механизмом с гидравлическим приводом. При этом переключение происходит всякий раз, когда коленвал достигает заданной частоты вращения. Увеличение хода клапанов и, как следствие, увеличение фазы осуществляются за счет совместной работы малых и большого кулачков, которые, будучи соединенными стопорным штифтом, подают усилие на впускные клапаны.
Отметим, что такая «кулачковая» система имеет ряд объективных недостатков – бесступенчатую смену режимов, а также сложную с конструктивной точки зрения схему блокировки.
Если говорить о более эффективных решениях для изменения фаз ГРМ, стоит упомянуть систему регулирования высоты подъема клапанов. И здесь стоит говорить о разработке BMW – системе Valvetronic, первой в своем роде системе управления фаз газораспределения с использованием регулировки высоты подъема клапана. Причем Valvetronic работает только на впускных клапанах. Принцип работы такой системы основан на кинематической схеме, именно она позволяет изменять ход клапана. Эксцентриковый вал работает от электродвигателя через червячную передачу. Вал изменяет положение промежуточного рычага, который направляет коромысло по заданной траектории, по соответствующей траектории перемещается и клапан. При этом высота подъема клапана изменяется непрерывно (в зависимости от режима работы мотора).
И хотя система изменения фаз газораспределения – это весьма надежный и долговечный узел, его эксплуатация во многом зависит от качества моторного масла и соблюдения интервалов его замены.
Наличие в масле примесей, а также использование масла ненадлежащей вязкости могут оказать негативное воздействие на работу системы.
К числу наиболее типичных неполадок в работе системы изменения фаз ГРМ можно отнести неполадки в муфте распредвала впускных клапанов, которые проявляются в виде стука от верхней части мотора, возникающего после «холодного» пуска. Сильный шум от привода системы может указывать также на неполное включение стопорного штифта привода системы изменения фаз газораспределения.
Valvetronic – залог экологичной работы
В ответ на ужесточение экологических норм и в поисках решений для снижения токсичности выхлопа автомобиля разработчики BMW создали систему Valvetronic. Ее стали внедрять в первой половине 2000-х. Конструктивной особенностью Valvetronic стало отсутствие дроссельной заслонки, которая, как известно, способствует увеличению расхода топлива и повышения токсичности выхлопа. Разработчики предложили альтернативу – механизм, который позволяет поднимать клапан в ограниченном диапазоне.
Работа Valvetronic обеспечивает снижение расхода топлива даже в режиме интенсивной работы мотор, приятным бонусом стало увеличение динамики хода автомобиля, а также его приемистость.
VTEC — система изменения фаз газораспределения
VTEC расшифровывается как — электронная система изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапанов. Ее задача — регулирование режима работы газораспределительного механизма. В данной статье поговорим о системе VTEC, рассмотрим принцип работы и разновидности.
Дебют автомобиля с VTEC состоялся в 1989 году. Он имел двигатель, с которого снимали большую для серийных экземпляров без наддува литровую мощность в 100 л.с./литр, при этом он характеризовался хорошей тягой на низких оборотах, имел высокие показатели топливной экономичности. Это был первый двигатель позволяющий изменять параметры работы газораспределительного механизма, такие как момент открытия/закрытия и высоту подъема клапанов, обеспечивая тем самым оптимальные характеристики.
Основные принципы работы системы VTEC
Если сравнить характеристики различных двигателей, нетрудно заметить, что у одних максимум крутящего момента достигается на низких оборотах (1800-3000 об/мин), у других — на более высоких (3000-4500 об/мин).
Объясняется тем, что эффективное наполнение цилиндров топливо-воздушной смесью и получение высокого крутящего момента, возможно только при определенных оборотах и зависит от конструкции впускного тракта и настройки газораспределительного механизма. Иными словами, темперамент двигателя полностью определяется фазами газораспределения, которые задаются профилем кулачков распредвала.
Представим двигатель, который работал бы на оборотах 20 об/мин, соответственно впускные и выпускные клапана задействовались бы 10 раз в минуту, т. е. редко. Для снятия максимального момента на данных оборотах, впускной клапан должен открываться в самом начале такта всасывания, когда поршень начинает двигаться от ВМТ (верхняя мертвая точка), и закрываться в момент прихода поршня в НМТ (нижняя мертвая точка).
Аналогично должен работать и выпускной клапан, т. е. никаких задержек или опережений в работе клапанного механизма не допустимо, иначе крутящий момент упадет. В этом случае наполнение цилиндров свежим зарядом будет эффективным.
Если увеличить частоту вращения двигателя до 4000 об/мин, впускной и выпускной клапана в этом случае будут открываться и закрываться уже 2000 раз в минуту или 33 раза в секунду, т. е. часто.
В таком режиме времени на всасывание поршнем свежей порции заряда остается мало. Только к моменту когда поршень достигнет НМТ ее скорость, а значит и расход через проходное сечение впускных клапанов достигнут максимума, но в этот момент впускной клапан закроется и основная порция свежего заряда не попадет в цилиндры, наткнувшись на преждевременно закрытый клапан — двигатель начнет ‘задыхаться’. В результате мощность будет незначительна, а максимальные обороты невелики. Это заслуга существующих фаз газораспределения.
Можно настроить по иному, например, для улучшения наполнения цилиндров рабочей смесью на высоких оборотах впускной клапан заставить открываться немного раньше до прихода поршня в ВМТ, а закрываться немного позже после прохода поршнем НМТ.
Для улучшения очистки цилиндров от отработавших газов на высоких оборотах выпускной клапан заставить открываться немного раньше до прихода поршня в НМТ, а закрываться немного позже после прохождения им ВМТ. В этом случае пик крутящего момента будет достигаться на высоких оборотах и возрастет мощность.
В реальных условиях конструкторы силовых агрегатов вынуждены усреднять регулировку фаз газораспределения ‘на все случаи жизни’, выбирая при этом определенный профиль кулачков распредвала. Такой подход не оптимален.
Чтобы мотор работал в условиях максимально приближенных к идеальным на любых оборотах — создана система VTEC. Двигатели с VTEC имеют специальный газораспределительный механизм, распредвал которого имеет различные кулачки для низких и высоких оборотов коленчатого вала двигателя, чем достигается различный момент открытия/закрытия и высота подъема клапанов. Таким образом, обеспечивается стабильность работы на низких и средних оборотах и высокая мощность на высоких.
Двигатели семейства DOHC VTEC
Основой для конструирования DOHC VTEC стал широко применяемый 4-клапанный газораспределительный механизм. В системе DOHC VTEC для каждого ряда клапанов (впускных и выпускных) предусмотрено устройство отдельного распредвала.
На каждые два клапана приходиться три кулачка на распределительном валу. Боковые два предназначены для работы двигателя на низких и средних оборотах, центральный — на высоких. Кулачки воздействуют на клапана через рокера, которых тоже три на два клапана. Все три рокера оборудованы гидравлически управляемыми поршеньками, которые при наличии управляющего воздействия сдвигаются и соединяют их в единое целое. Средний рокер оборудован специальной пружиной, которая обеспечивает постоянный контакт кулачка с рокером на низких и средних оборотах.
При работе двигателя на малых оборотах рокера не заблокированы и каждый из них совершает независимое движение по закону описываемому соответствующим кулачком.
При этом средний кулачок хотя и вращается вместе с остальными, но в работе газораспределительного механизма участия не принимает.
Как только двигатель перейдет на режим высоких оборотов, электронный ‘мозг’ отдаст команду на исполняющее устройство, в результате давление масла заставит поршеньки в рокерах начать перемещаться, что приведет к блокировке последних. Таким образом, все элементы этой группы станут подконтрольными одному центральному кулачку, который теперь самостоятельно станет управлять работой обоих клапанов.
Двигатели семейства SOHC VTEC
SOHC VTEC имеет один распредвал и используется только для впускных клапанов. Эффективность работы несколько ниже чем у DOHC VTEC, однако она конструктивно проще и обеспечивает двигателю меньшие габариты и массу.
Основная задача SOHC VTEC-E — максимально снизить расход топлива и улучшить экологические показатели. На малых оборотах двигатель работает на обедненной топливо-воздушной смеси, которая поступает в его цилиндры только через один впускной клапан.
Попав туда рабочая смесь интенсивно завихряется, благодаря чему обеспечивается устойчивое ее сгорание. При увеличении оборотов срабатывает система VTEC и тогда оба клапана начинают совместную работу.
Газораспределительный механизм 3-stage SOHC VTEC. Она имеет не два режима работы, а три. В зоне низких оборотов система обеспечивает экономичный режим работы двигателя на обедненной топливо-воздушной смеси. В этом случае используется только один из впускных клапанов.
На средних оборотах в работу включается второй клапан, но фазы газораспределения и высота подъема клапанов не изменяются. Двигатель в этом случае реализует высокий крутящий момент. На режиме высоких оборотов оба клапана управляются одним центральным кулачком, отвечающим за снятие с двигателя максимальной мощности.
Двигатели семейства i-VTEC
Конструкция i-VTEC предполагает использование дополнительную систему VTC, непрерывно регулирующую момент начала открытия впускных клапанов.
Фазы открытия впускных клапанов задаются в зависимости от нагрузки двигателя и регулируются посредством изменения угла установки впускного распределительного вала относительно выпускного.
Применение системы VTC позволяет эффективнее наполнять цилиндры двигателя топливо-воздушной смесью, что выражается в увеличении мощности двигателя на 20 %, крутящего момента на 10%, снижении расхода топлива и уменьшении вредных выбросов на 10-20%.
Система изменения фаз газораспределения (VVT)
Базовая Теория
После многоклапанная технология стала стандартом в конструкции двигателя, регулировка фаз газораспределения становится следующим шагом к увеличению мощности двигателя, независимо от мощности или крутящего момента.
Как вы
знаете, клапаны активируют дыхание двигателя. время дыхания, т.
то есть время впуска и выпуска воздуха контролируется формой и фазой
угол кулачков. Для оптимизации дыхания двигатель
требует разных фаз газораспределения на разных скоростях.
Когда обороты увеличиваются,
продолжительность такта впуска и выпуска уменьшается настолько, что приток свежего воздуха становится невозможным.
достаточно быстро входит в камеру сгорания, при этом выхлоп становится не быстрым
достаточно, чтобы покинуть камеру сгорания. Поэтому лучшее решение — открыть
впускные клапаны закрываются раньше, а выпускные клапаны закрываются позже. Другими словами,
Без переменной
Технология Valve Timing инженеры привыкли выбирать лучший компромисс времени.
Например, фургон может иметь меньшее количество перекрытий из-за преимуществ низкой скорости.
выход. Гоночный двигатель может использовать значительное перекрытие для высокой скорости.
власть. Обычный седан может принять оптимизацию фаз газораспределения
для средних оборотов, так что как управляемость на низких скоростях, так и выходная мощность на высоких скоростях будут
не слишком жертвовать.
Независимо от того, какой из них, результат просто оптимизирован для определенной скорости.
С
Регулируемые фазы газораспределения, мощность и крутящий момент могут быть оптимизированы
в широком диапазоне оборотов. Наиболее заметные результаты:
- Двигатель может увеличить обороты выше, что увеличивает пиковую мощность. Например, 2-литровый Neo VVL от Nissan. выходная мощность двигателя на 25% больше пиковой мощности, чем у его версии без VVT.
- Низкооборотный крутящий момент увеличивается, что улучшает управляемость. Например, двигатель Fiat Barchetta 1,8 VVT обеспечивает 90% пикового крутящего момента. от 2000 до 6000 об/мин.
Более того, все эти
преимущества приходят без каких-либо недостатков.
Переменная Лифт
В некоторых
конструкции подъем клапана также может варьироваться в зависимости от частоты вращения двигателя. На высоте
скорость, более высокая подъемная сила ускоряет впуск и выпуск воздуха, тем самым еще больше оптимизируя дыхание.
1) VVT с переключением кулачков
Компания Honda в конце 80-х впервые применила VVT на дорожных автомобилях запустив свою знаменитую систему VTEC (электронное управление синхронизацией клапанов). Первый появился в Civic, CRX и NS-X, затем стал стандартным для большинства моделей.
Вы можете
рассматривайте это как 2 набора кулачков, имеющих разные формы, чтобы обеспечить разную синхронизацию и
поднимать. Один комплект работает при нормальной скорости, скажем, ниже 4500 об/мин. Другой
замены на более высокой скорости. Очевидно, что такая компоновка не позволяет
изменение фаз газораспределения, поэтому двигатель работает скромно ниже 4500 об/мин, но
выше этого он внезапно превратится в дикое животное.
Это система действительно улучшает пиковую мощность — она может поднять красную линию почти до 8000 об / мин. (даже 9000 об/мин в S2000), как двигатель с гоночными распредвалами, и увеличить максимальную мощность на целых 30 л.с. для 1,6-литрового двигателя !! Однако, чтобы использовать такой прирост мощности, вам нужно поддерживать кипение двигателя выше порог оборотов, поэтому требуется частое переключение передач. Как низкоскоростной крутящий момент прироста слишком мало (помните, кулачки нормального двигателя обычно служат поперек 0-6000 об/мин, при этом «медленные кулачки» двигателя VTEC еще нужно обслужить от 0 до 4500 об / мин), управляемость не будет слишком впечатляющей. Суммируя, Система смены кулачков лучше всего подходит для спортивных автомобилей.
Хонда
уже улучшил свой двухступенчатый VTEC до трехступенчатого для некоторых моделей. Конечно,
чем больше у него стадии, тем более утонченным он становится. Он по-прежнему предлагает менее широкий
распространение крутящего момента, как и другие бесступенчатые системы.
Преимущество: | Мощный в верхней части |
Недостаток: | 2 или только 3 ступени, непрерывные; нет большого улучшения крутящего момента; комплекс |
Кто используй это ? | Хонда VTEC, Mitsubishi MIVEC, Nissan Neo VVL. |
Honda
новейший трехступенчатый VTEC был применен в Civic sohc
двигатель в японии.
Механизм имеет 3 кулачка с разной синхронизацией и профилем подъема. Обратите внимание, что
размеры у них тоже разные — средний кулачок (быстрый тайминг, высокий подъем),
как показано на диаграмме выше, является самым большим; правый боковой кулачок (медленно
тайминг, средний подъем) среднего размера; левый боковой кулачок (медленная синхронизация, низкая
лифт) самый маленький.
Это Механизм работает следующим образом:
Ступень 1 (низкая скорость): 3 части коромысла движется самостоятельно. Поэтому левый коромысло, которое приводит в действие левый впускной клапан, приводится в действие левым кулачком с низким подъемом. Правый коромысло, которое приводит в действие правый впускной клапан, приводится в действие правым кулачком среднего подъема. Оба время кулачков относительно медленное по сравнению со средним кулачком, который не приводит в действие клапан сейчас.
Ступень 2 (средняя скорость) : гидравлическое давление (на картинке окрашены в оранжевый цвет) соединяет левое и правое коромысла вместе, оставив средний коромысло и кулачок работать сами по себе. Поскольку правый кулачок больше левого кулачка, эти соединенные коромысла на самом деле управляется правым кулачком. В результате оба впускных клапана работают медленно, но средний подъем.
Этап 3 (высокая скорость):
гидравлическое давление соединяется
все 3 коромысла вместе.
Поскольку средний кулачок самый большой, оба впускных
клапаны фактически приводятся в действие этим быстрым кулачком. Таким образом, быстрые сроки и высокая
подъем достигается в обоих клапанах.
Очень похожа на систему Honda, но правильная и левые кулачки с таким же профилем. На малой скорости оба коромысла приводятся в движение. независимо от этих медленных, низкоподъемных правого и левого кулачков. На высоте скорости, 3 коромысла соединены вместе так, что они приводятся в движение быстродействующий средний кулачок с высоким подъемом.
Вы может подумать, что это должна быть двухступенчатая система. Нет это не так. Начиная с Ниссан Нео ВВЛ дублирует тот же механизм в выпускном распредвале, 3 ступени могли быть получают следующим образом:
Этап 1
(низкая скорость): впускной и выпускной клапаны работают в медленном режиме.
Этап 2 (средняя скорость): быстрый
конфигурация впуска + конфигурация медленного выпуска.
Этап 3 (высокая скорость): оба
впускные и выпускные клапаны находятся в быстрой конфигурации.
2) VVT с фазированием кулачка
VVT с фазированием кулачка является самым простым, дешевым и наиболее часто используемым механизм на данный момент. Тем не менее, его прирост производительности также наименьший, очень правда справедливо.
В основном,
он изменяет фазы газораспределения за счет смещения фазового угла распределительных валов. Для
например, на высокой скорости впускной распредвал будет проворачиваться вперед на 30 так
для более раннего приема. Это движение контролируется системой управления двигателем.
система в соответствии с необходимостью и приводится в действие шестернями гидравлического клапана.
Обратите внимание, что VVT с фазировкой кулачков не может изменять продолжительность
открытия клапана. Он просто позволяет раньше или позже открыть клапан. Ранее открытые
приводит к более раннему закрытию, конечно. Он также не может изменять подъем клапана, в отличие от
кулачковый VVT.
Тем не менее, VVT с фазировкой кулачка является самой простой и дешевой формой
VVT, потому что для каждого распределительного вала требуется только один гидравлический привод фазирования, в отличие от
другие системы, использующие индивидуальный механизм для каждого цилиндра.
Непрерывный или Дискретный
Проще VVT с фазировкой кулачка имеет на выбор всего 2 или 3 фиксированных угла переключения, например либо 0, либо 30. Лучшая система имеет непрерывное переменное смещение, скажем, любое произвольное значение от 0 до 30 зависит от оборотов в минуту. Очевидно, что это обеспечивает наиболее подходящие фазы газораспределения на любой скорости, таким образом значительно повысить гибкость двигателя. Более того, переход настолько гладкий, что почти не заметен.
Впуск и выхлоп
Некоторые
дизайн, такой как система BMW Double Vanos, имеет
VVT с фазировкой фаз газораспределения как на впускном, так и на выпускном распределительных валах, что позволяет больше
перекрываются, следовательно, более высокая эффективность.
В E46 3-й серии, двойной Vanos сдвиг впуска распредвала в максимальном диапазоне 40 . Распредвал выпускных клапанов 25.
Преимущество: | Дешево и простой, непрерывный VVT улучшает передачу крутящего момента на всех оборотах диапазон. |
Недостаток: | Отсутствие переменной высоты подъема и переменной продолжительности открытия клапана, таким образом, меньшая максимальная мощность чем кулачковый VVT. |
Кто используй это ? | Большинство производители автомобилей, такие как: Audi V8 — впускной, 2-х ступенчатый дискретный BMW Double Vanos — впускной и выпускной, сплошные Феррари 360 Модена — выхлоп, 2-ступенчатый, дискретный Фиат (Альфа) СУПЕР ОГОНЬ — вход, 2-ступенчатый, дискретный Ford Puma 1. Jaguar AJ-V6 и обновленный AJ-V8 — вход, проходной Ламборгини Диабло СВ двигатель — впускной, 2-х ступенчатый дискретный Porsche Variocam — впускной, 3-ступенчатый дискретный Рено 2,0 литра — вход, 2-ступенчатый, дискретный Тойота ВВТ-я — впускной, проходной Volvo 4 / 5 / 6-цилиндровый модульные двигатели — впускные, непрерывные |
7 Zetec SE — впуск, 2-ступенчатый дискретныйПо картинке легко понять его работу. Конец распределительный вал имеет зубчатую резьбу. Резьба соединена колпачком, который может двигаться к распределительному валу и от него. Потому что резьба шестерни не в параллельно оси распределительного вала, фазовый угол сдвинется вперед, если крышка толкнул в сторону распределительного вала. Аналогично, стянув крышку с распределительного вала приводит к смещению фазового угла назад.
ли
толчок или тяга определяется гидравлическим давлением.
Есть 2 камеры
рядом с крышкой и заполнены жидкостью (эти камеры
на картинке окрашены в зеленый и желтый цвета соответственно) Тонкий поршень отделяет
эти 2 камеры, первая жестко крепится к крышке. Жидкость попадает в
камеры через электромагнитные клапаны, которые контролируют гидравлическое давление
воздействуя на какие камеры. Например, если система управления двигателем сигнализирует
клапан в зеленой камере открыт, тогда гидравлическое давление воздействует на тонкий
поршень и протолкните последний вместе с крышкой к распределительному валу, таким образом
сдвиг фазового угла вперед.
Непрерывный
изменение времени легко реализуется путем размещения крышки в подходящем месте.
расстояние в зависимости от оборотов двигателя.
|
Тойота VVT-i
(Изменение фаз газораспределения — интеллектуальное) распространяется на все больше и больше
его модели, от крошечного Yaris (Vitz)
к Супре.
Его механизм более или менее такой же, как у BMW Vanos, это также бесступенчатая конструкция.
Однако, слово «Интегиллент» подчеркивает умный программа управления. Он не только изменяет синхронизацию в зависимости от частоты вращения двигателя, но и рассмотрите другие условия, такие как ускорение, движение вверх или вниз по склону.
3) Замена кулачка + VVT с фазированием кулачков
Комбинация VVT с переключением кулачков и VVT с фазированием кулачков может удовлетворить требование как максимальной мощности, так и гибкости на протяжении всего оборота диапазон, но он неизбежно сложнее. На момент написания только Toyota и Porsche такие конструкции. Однако я верю, что в будущем все больше и больше спортивных автомобилей будут принять этот вид VVT.
является самой сложной конструкцией VVT.
Его мощные функции включают в себя:
- Непрерывный регулировка фаз газораспределения
- 2-ступенчатая переменная подъем клапана плюс продолжительность открытия клапана
- Применимо к обоим впускные и выпускные клапаны
Система может быть
рассматривается как комбинация существующих VVT-i и
Хонды VTEC, хотя механизм регулируемого подъема отличается от
Хонда.
Нравится
VVT-i, система изменения фаз газораспределения реализована
сдвиг фазы всего распределительного вала вперед или назад с помощью
гидропривод прикреплен к концу распределительного вала. Время
рассчитывается системой управления двигателем с частотой вращения двигателя, ускорением,
подъем в гору или спуск и т.п. принимая во внимание. Более того,
изменение является непрерывным в широком диапазоне до 60, поэтому
переменная синхронизация сама по себе, пожалуй, самая совершенная конструкция на сегодняшний день.
Что
делает VVTL-i превосходным по сравнению с обычным VVT-i буквой «L», что означает подъем (подъем клапана).
как все знают. Давайте посмотрим на следующую иллюстрацию:
Как и VTEC, система Toyota использует один коромысло.
толкатель для приведения в действие обоих впускных клапанов (или выпускных клапанов). Так же есть 2 камеры
лепестки, действующие на этот толкатель коромысла, лепестки имеют различный профиль —
один с более длительным профилем открытия клапана (для высокой скорости), другой с
более короткая продолжительность открытия клапана (для низкой скорости). На малой скорости медленно
кулачок приводит в действие толкатель коромысла через роликовый подшипник (для уменьшения трения).
Высокоскоростной кулачок не оказывает никакого влияния на толкатель коромысла, потому что
под его гидравлическим толкателем достаточно места.
< Плоский крутящий момент
выход (синяя кривая)
Когда
скорость увеличилась до пороговой точки, скользящий штифт толкается
гидравлическое давление для заполнения пространства.
Высокоскоростной кулачок становится эффективным.
Обратите внимание, что быстрый кулачок обеспечивает более продолжительное открытие клапана, в то время как
скользящий штифт добавляет подъем клапана. (для Honda VTEC и продолжительность, и подъемная сила равны
реализуется кулачками)
Очевидно, переменная продолжительность открытия клапана представляет собой двухступенчатую конструкцию, в отличие от непрерывной конструкции Rover VVC. Однако ВВТЛ-и предлагает регулируемый подъем, который значительно увеличивает выходную мощность на высоких скоростях. Сравнивать с Honda VTEC и аналогичными конструкциями для Mitsubishi и Nissan, система Toyota имеет бесступенчатую регулировку фазы газораспределения, что помогает ему достичь гораздо лучших низких и средних скоростей гибкость. Поэтому это несомненно лучший ВВТ на сегодняшний день. Тем не менее, это также более сложный и, вероятно, более дорогой в строительстве.
Преимущество: | Непрерывный
VVT улучшает передачу крутящего момента во всем диапазоне оборотов; Переменный подъем и
продолжительность подъема высокая мощность оборотов. |
Недостаток: | Подробнее сложный и дорогой |
Кто используй это ? | Тойота Селика GT-S |
Variocam Plus использует гидравлический фазирующий привод и регулируемые толкатели | Variocam 911 Carrera использует цепь привода ГРМ для кулачковая фазировка. |
Говорят, что Porsche Variocam Plus был разработан на основе Variocam, который обслуживает Carrera.
и Бокстер. Однако я нашел их механизмы
практически ничем не делятся. Variocam был первым
представлен на модели 968 в 1991 году.
В нем использовалась синхронизирующая цепь для изменения фазового угла
распределительного вала, таким образом обеспечивается 3-ступенчатая регулировка фаз газораспределения. 996 Каррера
и Boxster также используют ту же систему. Этот дизайн
уникален и запатентован, но фактически уступает гидроприводу, излюбленному другими автопроизводителями, тем более не позволяет
столько же изменений фазового угла.
Следовательно, наконец, Variocam Plus, используемый в новом 911 Turbo Follow использует популярный гидравлический привод вместо цепи. Один известный Эксперт Porsche назвал изменение фаз газораспределения непрерывным, но, похоже, противоречащее официальному заявлению, сделанному ранее, в котором раскрывалась система имеет 2-ступенчатые фазы газораспределения.
Однако,
самым влиятельным изменением «Плюса» является добавление
регулируемый подъем клапана. Это реализуется с помощью регулируемых гидрокомпенсаторов. Как
как показано на рисунке, каждый клапан обслуживается тремя кулачками — центральный имеет
явно меньший подъем (всего 3 мм) и более короткая продолжительность открытия клапана.
В
Другими словами, это «медленная» камера. Два внешних кулачка
точно такой же, с быстрым таймингом и высоким подъемом (10 мм). Выбор камеры
лепестков производится регулируемым толкателем, который на самом деле состоит из внутреннего
толкатель и внешний (кольцевой) толкатель. Они могли быть сцеплены вместе
штифт с гидравлическим приводом, проходящий через них. Таким образом, «быстро»
Кулачки кулачка приводят в действие клапан, обеспечивая высокий подъем и продолжительное открытие. Если
толкатели не зафиксированы вместе, клапан будет приводиться в действие
«медленный» кулачок через внутренний толкатель. Внешний толкатель будет двигаться
независимо от толкателя клапана.
Как видно, механизм регулируемого подъема необычайно прост и компактен. регулируемые толкатели лишь немного тяжелее обычных толкателей и зацепляются почти не осталось места.
Тем не менее, на данный момент Variocam Plus предлагается только для впускные клапаны.
Преимущество: | ВВТ
улучшает передачу крутящего момента на низкой/средней скорости; Переменный подъем и продолжительность
поднимите высокую мощность оборотов. |
Недостаток: | Подробнее сложный и дорогой |
Кто используй это ? | Порше 911 Турбо |
4) Уникальный вездеход Система VVC
Rover представила собственные системные вызовы VVC (Variable Valve Control) в MGF. в 1995. Многие специалисты считают его лучшим ВВТ, учитывая его всесторонность. способность — в отличие от VVT с переключением кулачков, он обеспечивает бесступенчатую регулировку фаз газораспределения, таким образом улучшить подачу крутящего момента на низких и средних оборотах; и в отличие от VVT с фазировкой кулачка, это может удлинить продолжительность открытия клапанов (и непрерывно), тем самым повысить власть.
В основном,
VVC использует эксцентриковый вращающийся диск для привода впускных клапанов каждых двух
цилиндр.
Поскольку эксцентричная форма создает нелинейное вращение, открытие клапанов
период может быть разным. Все еще не понимаете? ну любой умный механизм должен
быть трудным для понимания. В противном случае Rover не будет единственным производителем автомобилей, использующим
это.
ВВЦ есть
один недостаток: поскольку каждый отдельный механизм обслуживает 2 соседних цилиндра,
Для двигателя V6 нужно 4 таких механизма, а это недешево. V8 тоже нужно 4 таких
механизм. V12 установить невозможно, так как недостаточно места для
установите эксцентриковый диск и ведущие шестерни между цилиндрами.
Преимущество: | Постоянно изменяемое время и продолжительность открытия обеспечивают как управляемость, так и высокую мощность скорости. |
Недостаток: | Нет
в конечном итоге такой же мощный, как VVT с переключением кулачков, из-за отсутствия переменной
поднимать; Дорого для V6 и V8; невозможно для V12. |
Кто используй это ? | Ровер Двигатель 1.8 VVC для MGF, Caterham и Lotus Элиза 111С. |
EGR (рециркуляция отработавших газов) принятая технология для снижения выбросов и повышения эффективности использования топлива. Однако это это VVT, которые действительно используют весь потенциал EGR.
В
теории, необходимо максимальное перекрытие между впускными клапанами и выпускными клапанами
открывается всякий раз, когда двигатель работает на высокой скорости. Однако, когда автомобиль
работает на средней скорости по шоссе, другими словами, двигатель работает на
небольшая нагрузка, максимальное перекрытие может быть полезным для уменьшения расхода топлива
расход и выброс. Поскольку выпускные клапаны не закрываются до тех пор, пока
впускные клапаны были открыты какое-то время, часть выхлопных газов рециркулирует обратно в цилиндр одновременно с
впрыскивается новая топливно-воздушная смесь.
В составе топливно-воздушной смеси заменяется
выхлопных газов, требуется меньше топлива. Поскольку выхлопные газы состоят в основном из
негорючий газ, такой как CO2, двигатель нормально работает на обедненной топливной смеси /
воздушной смеси, не препятствуя воспламенению.
Как работают временные рамки клапана и двигатели VTEC
по
David Tracy
Комментарии (81)
Alerts
. эта страница.Фото: Тимитрий (Другой), Иллюстрация: Вики Лета / Ялопник
Весна! Пришло время приступить к работе над проектом автомобиля, освоить новый навык разводки, узнать, что находится под капотом (и как это работает), или просто привести в порядок своего ежедневного водителя. В течение всего месяца мы будем оглядываться на наши лучшие информационные статьи, статьи по техническому обслуживанию и DIY из почти 20-летней истории Jalopnik, чтобы подготовить вашу поездку к дороге.
Когда-то впускные и выпускные клапаны автомобиля открывались на определенную величину в определенный момент четырехтактного цикла и на определенное время. Это было так просто. Однако в настоящее время многие двигатели могут изменять не только время открытия их клапанов, но и то, насколько они открываются и как долго, то есть новые автомобили могут изменять фазы газораспределения, подъем клапана и продолжительность работы клапана. Давайте посмотрим, как работает система изменения фаз газораспределения (VVT).
Для многих из вас это обзор, но если мы хотим, чтобы новое поколение автолюбителей заботилось об автомобилях, не мешало бы объяснить, как все работает на самом деле.
Впускные и выпускные клапаны типичного двигателя открываются через выступы на распределительном валу. В двигателях с двумя верхними распредвалами имеются отдельные распределительные валы для выпускных и впускных клапанов.
Эти распределительные валы изготовлены из закаленного железа или стали и соединены с коленчатым валом с помощью зубчатых ремней, цепей или шестерен. Поскольку современные бензиновые двигатели включают четырехтактный цикл, это означает, что распределительные валы вращаются один раз за каждые два оборота коленчатого вала.
Изображение: Wikimedia Commons (Другое)
Чтобы подтвердить это, рассмотрим ход впуска двигателя. Впускной клапан открыт, это означает, что выступ распределительного вала давит на толкатель кулачка и открывает клапан. Давайте проследим за движением этого кулачка и сравним его с движением коленчатого вала.
Gif: Zephyris via Wikimedia Commons
Пока впускной клапан открыт, поршень движется вниз к нижней мертвой точке. Когда двигатель достигает нижней мертвой точки, коленчатый вал поворачивается на 180 градусов. Затем поршень движется вверх, сжимая топливную смесь. Как только поршень достигает верхней мертвой точки, коленчатый вал совершает полный оборот.
Затем свеча зажигания воспламеняет топливную смесь, отправляя поршень обратно в нижнюю мертвую точку. К этому моменту коленчатый вал сделал полтора полных оборота. Выпускной клапан открывается, и поршень возвращается в верхнюю мертвую точку. Теперь коленчатый вал сделал два полных оборота.
Когда этот поршень находится примерно в верхней мертвой точке, выступ распределительного вала, за которым мы следим, возвращается и открывает впускной клапан, а поршень движется обратно вниз. Таким образом, после двух оборотов коленчатого вала распределительный вал провернулся один раз.
Разные ходы для разных… Двигатели
В 1960-х годах автопроизводители начали разрабатывать системы изменения фаз газораспределения, которые позволяли впускным и выпускным клапанам открываться раньше или позже в 4-тактном цикле. Цель состояла в том, чтобы улучшить объемный КПД, уменьшить выбросы NOx и уменьшить насосные потери.
В настоящее время существует два основных типа изменения фаз газораспределения: фазирование кулачков и изменение фаз газораспределения.
При изменении кулачка блок управления двигателем (ECU) выбирает другой профиль кулачка в зависимости от нагрузки и скорости двигателя, тогда как при фазировании кулачка исполнительный механизм вращает распределительный вал, изменяя фазовый угол. Существуют десятки способов изменения фаз газораспределения, подъема и продолжительности, поэтому мы просто рассмотрим VVT-i от Toyota и VTEC от Honda.
Прежде чем мы рассмотрим VVT-i, давайте кратко поговорим о датчиках. В системах VVT используются всевозможные датчики, но наиболее важными из них являются датчики положения распределительного вала и коленчатого вала (которые часто являются датчиками на эффекте Холла). ЭБУ использует эти датчики для контроля взаимосвязи между положением поршня и положением клапанов. Коленчатый вал соединен со штоком и поршнем, а выступы распределительного вала вызывают события подъема клапана. Таким образом, с помощью информации от датчиков положения коленчатого и распределительного валов ЭБУ может узнать, как быстро вращается двигатель, и относительное положение поршня и впускных и выпускных клапанов.
Фазирование кулачков опережает или задерживает события подъема клапана путем поворота распределительного вала, как правило, в диапазоне около 60 градусов относительно угла коленчатого вала. Допустим, наш впускной клапан нормально открывается за 5 градусов коленчатого вала до верхней мертвой точки и закрывается за 185 градусов коленчатого вала после верхней мертвой точки (5 градусов после нижней мертвой точки). «Запаздывание» фаз газораспределения на 10 градусов означает, что клапан открывается и закрывается на 10 градусов позже, то есть открывается на 5 градусов после верхней мертвой точки и закрывается на 19 градусов.5 градусов после верхней мертвой точки. Задерживая синхронизацию распределительного вала, двигатель достигает лучшего крутящего момента на высоких оборотах, в то время как опережая синхронизацию впускного распредвала обеспечивает лучшую мощность на низких оборотах.
Существует множество различных методов изменения фаз газораспределения.
Каждый производитель имеет свое название для своей системы VVT. Toyota использует VVT-i®, Honda использует VTEC®, Mitsubishi использует MIVEC®, и этот список можно продолжить. Давайте посмотрим, как работает система Toyota VVT-i.
Система VVT, показанная на видео выше, является разновидностью Toyota VVT-i, хотя у Honda есть аналогичная система под названием VTC. В этой системе ECU получает сигналы от датчика положения распределительного вала, датчика коленчатого вала, датчика температуры масла, датчика массового расхода воздуха (MAF) и датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя и использует эту информацию для настройки выходного сигнала на клапан управления подачей масла. Этот клапан действует как гидравлический привод, вращая ротор (соединенный с распределительным валом) внутри корпуса, который соединен с коленчатым валом через цепь привода ГРМ. Как только ЭБУ изменил фазовый угол кулачка, ЭБУ продолжает получать входные данные от всех датчиков и постоянно регулирует подачу масла на ротор.
Как и электронное управление дроссельной заслонкой, это система с обратной связью, что означает, что разница между текущим фазовым углом распредвала и оптимальным углом распредвала является «сигналом ошибки», который отправляется в ECU. Компьютер использует сигнал ошибки, чтобы отрегулировать его выходной сигнал для привода, чтобы получить фазовый угол распределительного вала, который должен быть.
Замена кулачкаДругие системы VVT изменяют форму кулачков распределительного вала, а не только фазовый угол распределительного вала относительно коленчатого вала. Изменение профиля кулачка влияет не только на подъем клапана (насколько далеко открывается клапан), но и на продолжительность работы клапана (как долго клапан остается открытым). На изображении выше показаны особенности кулачка распределительного вала, влияющие на подъем клапана и его продолжительность.
Изображение: Изображение предоставлено ниже изображения
При более высоких оборотах двигателя многие системы VVT изменяются на более агрессивные (т.