Что такое фазы газораспределения двигателя

Что такое фазы газораспределения?

На распределительных валах расположены кулачки, которые открывают и закрывают впускные и выпускные клапана.

Фазы газораспределения обеспечивают нужный момент открытия и закрытия клапанов в зависимости от положения коленчатого вала. В следствии фазы газораспределения обозначаются градусами поворота коленчатого вала.

Распределительный вал приводится в действие от ведущей шестерни коленчатого вала или через специальный зубчатый ремень. Рабочий цикл в двигателе происходит за 4 такта и такие двигатели называются четырехтактными. Это говорит о том, что для совершения рабочего цикла необходимо два оборота коленчатого вала, а частота распределительного вала в два раза меньше. То есть передаточное число коленчатый вал — распределительный вал составляет 2 к 1. На рисунке мы с вами увидим фазы открытия и закрытия клапанов (впускных и выпускных).

Как устроен двигатель автомобиля?

Устройство современного дизельного двигателя

Что такое фазы газораспределения?

a — такт впуска, b — такт сжатия c — рабочий такт d — такт выпуска

В процессе работы двигателя клапаны и

детали привода клапана нагреваются,

длина их увеличивается. В результате

1. Распределительный вал привода выпускных клапанов (кулачки)

2. Свеча зажигания

3. Распределитель­ный вал привода впускных клапанов

4. Форсунка

5. Впускной клапан

6. Выпускной клапан

7. Камера сгорания

8. Поршень

9. Цилиндр

10. Шатун

11. Коленчатый вал

М — крутящий момент, а — угол поворота коленчатого вала, s — ход поршня, Vh— рабочий объем цилиндра, V_c — объем сжатия.

Фазы газораспределения

Горючая смесь (или воздух, поступающий в цилиндры двигателя) и отработавшие газы имеют определенную массу и обладают инерцией. Вследствие инерционного напора струи воздух (горючая смесь) будет продолжать поступать в цилиндр через впускной клапан в процессе впуска даже тогда, когда поршень, достигнув НМТ, начнет двигаться вверх, в начале такта сжатия. Это обеспечивает лучшее наполнение цилиндра горючей смесью. Таким же образом можно заранее, в конце рабочего хода, открыть выпускной клапан, поскольку поршень уже получил основную энергию от сгоревшего топлива. А также необходимо успеть очистить цилиндр от отработавших газов. Закрыть выпускной клапан лучше после того, как поршень пройдет ВМТ в конце такта выпуска, потому что продукты сгорания по инерции будут еще некоторое время выходить из цилиндра.
Другими словами, клапаны не должны открываться и закрываться в моменты нахождения поршней в соответствующих мертвых точках. В частности, в реальных двигателях существует момент времени, когда одновременно открыты впускной и выпускной клапаны (приблизительно 50° по углу поворота коленчатого вала). Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала, называют фазами газораспределения, а их графическое изображение носит название диаграммы фаз газораспределения. Угол на диаграмме, соответствующий периоду одновременного частичного открытия впускных и выпускных клапанов, называют углом перекрытия клапанов. Так как время перекрытия клапанов небольшое, то это не приводит к проникновению отработавших газов во впускной трубопровод, а наоборот, за счет инерции уходящего потока этих газов происходит дополнительный подсос горючей смеси в цилиндр, и тем самым улучшается его наполнение.
При этом важно добиться, чтобы цилиндр очищался с максимально возможной степенью, но свежий заряд горючей смеси не уходил в выпускную трубу. У некоторых двигателей (особенно высокооборотных двигателей спортивных автомобилей) угол перекрытия клапанов может достигать большой величины, а если клапаны остаются открытыми на большую величину, когда поршень достигает ВМТ, может произойти удар клапанов в поршень, что приведет к аварии двигателя. Наличие перекрытия клапанов в НМТ (выпускной открывается раньше, чем поршень достигнет НМТ, а впускной позже) не представляет такой опасности, суммарный угол перекрытия всегда боль ше, чем в ВМТ, и часто бывает значительным, особенно в высокофорсированных двигателях.

Назад

Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.

Что такое фазы газораспределения двигателя

Фазы газораспределения

Обычно подбор наиболее эффективных фаз газораспределения (ФГР) выполняется на стадии доводки двигателя предприятием-изготовителем. Как правило, ФГР подбираются такими, чтобы обеспечить экстремальное значение какого-либо одного наиболее важного с точки зрения настройщика параметра двигателя. Таким параметром может быть мощность (среднее эффективное давление ), крутящий момент , удельный эффективный расход топлива содержание токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) двигателя и др. При этом подбираются профили впускных и выпускных кулачков распределительного вала, определяющие ускорение и время-сечение открытия клапанов, а также взаимное положение распределительного (распределительных) и коленчатого валов, от которого зависит момент начала открытия клапанов. При подборе ФГР нельзя пренебрегать значениями ограничительных факторов, например, максимально допустимым значением температуры отработавших газов (ОГ).

Очевидно, что изменение профилей кулачков распределительного вала в процессе работы двигателя нецелесообразно из-за значительной громоздкости и недостаточной надежности соответствующего исполнительного механизма и снижения по этой причине надежности двигателя в целом. Поэтому при выбранных в процессе доводки профилях кулачков дальнейший подбор ФГР заключается обычно в установке такого момента начала открытия клапанов, при котором происходит более эффективное наполнение цилиндров свежим зарядом.

Другой подход к увеличению наполнения цилиндров заключается в замене имеющегося распределительного вала на нестандартный, с расширенными фазами газораспределения. Такой тюнинг карбюраторных и инжекторных двигателей ВАЗ-21083 с рабочим объемом 1,5 л и карбюраторных двигателей ВАЗ-21080 (1,3 л) выполняет петербургское предприятие «Автотрон». Устанавливаемый нестандартный распределительный вал с расширенными ФГР имеет увеличенную высоту профиля кулачков, что позволяет увеличить ход клапанов до 10,2 мм. Кроме установки нового распределительного вала, производится обработка по шаблону контуров отверстий впускных каналов у фланцев головки цилиндров и у фланцев впускного коллектора с последующей установкой коллектора на направляющие штифты. Для тонкой настройки ФГР на распределительный вал устанавливается разрезная шестерня привода, позволяющая изменять положение ее зубчатого венца относительно ступицы. На заключительной стадии работ выполняется регулировка клапанов, систем питания и зажигания, а также регулировка уровня эмиссии и . После выполнения всех работ подвергнутый тюнингу двигатель при 5900 1/мин развивает мощность 58,9 кВт (80 л.с.), кроме того, его максимальный крутящий момент в диапазоне средних частот вращения KB несколько увеличивается. Предприятие дает гарантию на все виды выполненных работ.

Эффективность наполнения цилиндров характеризуется значением коэффициента наполнения . Коэффициент наполнения представляет собой отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндр к моменту действительного начала сжатия, к тому количеству заряда, которое теоретически могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при неизменных условиях на впуске. За момент действительного начала сжатия заряда в цилиндре 4-тактного двигателя принимается момент закрытия впускных клапанов. Условия на впуске для двигателей без наддува характеризуются давлением и температурой , где — параметры окружающей среды. Для двигателей с наддувом условиями на впуске являются давление и температура после компрессора.

Следует заметить, что найденные для определенной частоты вращения KB наиболее эффективные фазы газораспределения при другой частоте вращения таковыми уже не являются, так как не обеспечивают соответствующего наполнения цилиндров. Поэтому в подавляющем большинстве случаев фактически производится регулировка момента начала открытия клапанов для наиболее характерного в процессе эксплуатации скоростного режима работы двигателя. Общей тенденцией для впускных и выпускных клапанов, имеющей место с ростом частоты вращения KB, является более раннее начало и увеличение продолжительности их открытия по углу ПКВ.

Обычно ФГР настраиваются или для скоростного режима, близкого к номинальной мощности двигателя (быстроходная регулировка), или для скоростного режима в зоне максимального крутящего момента (тихоходная регулировка). Качественные различия в изменении мощности и крутящего момента двигателя от частоты вращения KB при работе двигателя по внешней скоростной характеристике для быстроходной и тихоходной регулировки

Более благоприятные условия для подбора эффективных фаз газораспределения имеются у двигателей, где управление впускными и выпускными клапанами осуществляется отдельными распределительными валами. При управлении клапанами с помощью одного распределительного вала можно вести речь о эффективной настройке ФГР или только для впускных, или только для выпускных клапанов. Настройка ФГР должна выполняться в условиях испытательного стенда, позволяющего производить нагрузку двигателя по внешней скоростной характеристике и контролировать все необходимые параметры.
В качестве примера рассмотрим последовательность настройки ФГР из условия обеспечения максимального среднего эффективного давления для карбюраторного двигателя во всем диапазоне частоты вращения КВ. Заметим, что развиваемая бензиновым двигателем мощность зависит не только от наполнения цилиндров, но и от качественного состава горючей смеси, который характеризуется коэффициентом избытка воздуха . Коэффициент избытка воздуха представляет собой отношение количества воздуха, действительно поступившего в цилиндр на момент закрытия впускных органов, к тому количеству воздуха, которое теоретически необходимо для полного сгорания поступившего в цилиндр топлива.

Сначала при неизменной регулировке карбюратора и неизменных фазах открытия и закрытия выпускного клапана, установленных заводом-изготовителем, получим зависимости коэффициента избытка воздуха от частоты вращения KB при разных значениях угла начала открытия впускного клапана . Скорее всего, окажется, что разброс значений при разных значениях будет неодинаковым, т.к. на , по крайней мере, будут влиять волновые процессы во впускном трубопроводе.

При значении , для которого имеет место максимальный разброс значений , экспериментально найдем зависимости , , , и построим соответствующие графики.

Из рисунка видно, что с увеличением запаздывания угла начала открытия впускного клапана значения и монотонно уменьшаются. Поэтому, если характер изменения и связывать только с изменением значения , то это приведет к неправильным выводам. Дело в том, что в результате выталкивания поршнем заряда из цилиндра перед закрытием впускного клапана происходит падение , а это, в свою очередь, влечет за собой уменьшение.

Рис. 2.2. Влияние фаз открытия и закрытия впускного клапана на параметры рабочего процесса при неизменной регулировке карбюратора

Чтобы исключить в последующих опытах влияние на , карбюратор на каждом нагрузочном режиме путем регулировки главного жиклера должен настраиваться на значение , при котором в предыдущих опытах было достигнуто максимальное значение . Из рис. 2.2 следует, что в данном случае для всех нагрузочных режимов должно быть выполнено условие .

Далее выполняются эксперименты, целью которых является определение зависимости сначала при различных значениях угла начала открытия впускного клапана и неизменном (заводском) значении угла начала открытия выпускного клапана , а затем наоборот, при различных значениях и . При проведении экспериментов для каждой постоянной частоты вращения KB необходимо определить интервал , в котором значение полученное при конкретном значении угла начала открытия клапана, оставалось бы неизменным.
Из полученных результатов очевидно, что при минимальной, средней и номинальной частоте вращения KB для получения максимального значения требуются разные фазы газораспределения.

Следует заметить, что точно выставить фазы газораспределения можно лишь в случае, когда указывается, при каком значении зазора в приводе клапанов эти фазы имеют место.

Применительно к карбюраторным двигателям необходимо также учитывать, что слишком раннее открытие впускных клапанов при работе на частичных нагрузках ведет к забросу отработавших газов во впускной трубопровод, что ухудшает воспламеняемость горючей смеси.
Для расширения скоростного диапазона устойчивой работы наиболее высокооборотных бензиновых двигателей в отдельных случаях применяется автоматическая регулировка фаз газораспределения во всем диапазоне частоты вращения KB непосредственно во время работы двигателя. В качестве примера можно сослаться на устанавливаемый на автомобили BMW 320i и 325i однорядный 6-цилиндровый бензиновый двигатель М-50, который (начиная с сентября 1992 г.) оснащен механизмом динамической регулировки фаз газораспределения, получившим сокращенное обозначение VANOS (от немецкого словосочетания variable Nockenwellensteuerung). Исполнительный механизм включает в себя расположенный в корпусе поршень, переходящий в шток с винтовыми шлицами. Эти шлицы входят в зацепление с соответствующими шлицами, выполненными в зубчатом колесе для привода распределительного вала, управляющего впускными клапанами. Перемещение поршня и его штока в направлении оси распределительного вала приводит к изменению взаимного положения зубчатого колеса и вала. При этом ход поршня и обусловленное им изменение положения распределительного вала зависят от давления масла, подводимого к корпусу исполнительного механизма по отдельному маслопроводу. Блок управления двигателем с помощью электромагнитного клапана, расположенного в корпусе исполнительного механизма, регулирует давление масла в зависимости от частоты вращения КВ.

Совершенно очевидно, что подобный тюнинг ГРМ под силу выполнить только самому предприятию-изготовителю двигателя, так как для этого требуется мощная экспериментальная и производственная база. Наибольшее, что доступно обычному предприятию автосервиса, — это подбор эффективных фаз газораспределения путем изменения взаимного положения распределительного и коленчатого валов. В лучшем случае — это изготовление нового распределительного вала с измененными профилями и углами заклинки кулачков.

Фазы газораспределения

Продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называется фазами газораспределения.

Наивысшие мощностные показатели работы двигателя могут быть достигнуты при наилучшем наполнении цилиндров горючей смесью и наиболее полной их очистке от отработавших газов. Поэтому продолжительность фаз впуска и выпуска установлена больше 180° за счет того, что моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положениями поршня в верхней и нижней мертвых точках. Так, впускной клапан открывается в конце такта выпуска до прихода поршня в ВМТ с опережением на 12° (рисунок 1, а) у двигателей заднеприводных автомобилей ВАЗ и 33° (рисунок 1, б) у двигателей переднеприводных автомобилей ВАЗ, а закрывается в начале такта сжатия после прихода поршня в НМТ с запаздыванием соответственно 40 и 79°. Продолжительность впуска горючей смеси в цилиндры двигателей составляет соответственно 232 и 292°, что обеспечивает наилучшее их наполнение.

Рисунок 1 – Фазы газораспределения двигателей

Выпускной клапан открывается в конце такта рабочего хода до прихода поршня в НМТ с опережением на 42 и 47°, а закрывается в начале такта впуска после прихода поршня в ВМТ с запаздыванием соответственно на 10 и 17°. Продолжительность выпуска отработавших газов из цилиндров двигателей составляет соответственно 232 и 244°, что обеспечивает наиболее полную их очистку от газов.

В конце такта выпуска и в начале такта впуска происходит перекрытие клапанов, когда оба клапана (впускной и выпускной) открыты одновременно. Продолжительность перекрытия клапанов составляет для двигателей 22 и 50°. Перекрытие клапанов длится небольшой промежуток времени и не оказывает влияния на работу двигателя.

В процессе эксплуатации необходимо следить за правильной установкой фаз газораспределения. Она обеспечивается совмещением специальных меток на шкивах распределительного и коленчатого валов и соответствующих меток на двигателе или совмещением меток на шестернях привода.

Постоянство фаз газораспределения сохраняется только при соблюдении регулируемых тепловых зазоров в газораспределительном механизме. При увеличении зазоров продолжительность открытия клапанов уменьшается, а при уменьшении – увеличивается.

• Газораспределительный механизм (ГРМ)
• Моновпрыск — устройство и принцип работы
• Система охлаждения двигателя
• Устройство автомобиля
• Гидромеханические коробки передач
• Главная передача
• Система впрыска топлива KE-Jetronic
• Система смазки двигателя
• Выхлопные газы автомобилей
• Многовальные коробки передач
• Неисправности и техническое обслуживание КШМ и ГРМ.
• Полуоси
• Ведущий мост автомобиля
• Система впрыска топлива L-Jetronic
• Методы снижения токсичности отработавших газов автомобилей
• Двухдисковые сцепления — устройство и схема
• Устройство автомобиля
• Политика конфиденциальности
• Трехвальные коробки — применение и схема работы
• Мосты — назначение и типы
• Карданные шарниры
• Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
• Рабочие процессы автомобилей, эксплуатация
• Раздаточная коробка – назначение и типы
• Двухдисковые сцепления КамАЗ и МАЗ
• ME-Motronic — система зажигания и впрыска топлива
• Карданная передача — назначение и типы
• Двухвальные коробки передач ВАЗ и АЗЛК
• Гидравлическое сцепление — схема и принцип работы
• Дифференциал