IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В обыкновенном двигателе внутреннего сгорания кулачки распредвала управляют впускными и выпускными клапанами. От формы кулачков зависит процесс работы агрегата, а именно: момент открытия, закрытия и ход клапана. Так как топливно-воздушная смесь и отработавшие газы на различных оборотах мотора ведут себя по разному, то на каждом промежутке работа клапанов должна различаться. Среднее соотношение хода, продолжительность и момент открытия клапана на высоких оборотах могут стать следствием неустойчивой работы ДВС на холостом ходу. Тоже самое происходит в обратном случае, оптимальные настройки при низких оборотах влекут за собой потерю выходной мощности на высоких оборотах, из-за недостаточного наполнения камеры сгорания. В совершенстве двигатель должен самостоятельно подстраиваться под разные режимы работы, изменяя данные настройки в широком диапазоне.

Фиксированные фазы газораспределения заставляют конструкторов проектировать мотор внутреннего сгорания так, чтобы присутствовала уверенная тяга в диапазоне низких и средних оборотов, но при этом оставался запас мощности для поддержания набранной скорости и дальнейшего ускорения автомобиля при выходе ДВС на режимы около зоны максимальных оборотов. Дополнительно необходимо обеспечить устойчивую работу силового агрегата на холостом ходу, эластичность на переходных режимах, а также экономичность и экологичность силовой установки. Если фазы газораспределения фиксированы, то улучшение одних параметров закономерно повлечет ухудшение других. Для решения этой задачи была разработана система изменения фаз газораспределения, которая гибко и динамично изменяет основные параметры работы ГРМ зависимо от того режима, в котором работает двигатель в определенный момент.

Существуют несколько видов систем изменения фаз газораспределения[3]. Они характеризуются:

1. Поворотом распределительного вала;

2. Применением кулачков с разными профилями:

3. Изменением высоты подъема клапанов.

Система на основе гидроуправляемой муфты.

Система управления обеспечивает автоматическое регулирование работы гидроуправляемой муфты. Конструктивно она включает:

• входные датчики;

• электронный блок управления;

• исполнительные устройства.

Гидравлическая муфта состоит из ротора, жестко закрепленного на распределительном валу и корпуса муфты в роли, которой выступает шкив газораспределения. В роторе расположены масляные каналы, по которым масло заполняет камеры образованные между ротором и корпусом. Все это заставляет функционировать система смазки рабочего агрегата. Управление осуществляется блоком управления двигателя на основании данных о частоте вращения коленчатого вала, температуре, нагрузке и других параметров. Масло из системы смазки мотора поступает через каналы в корпусе механизма газораспределения и в распределительных валах в гидроуправляемые муфты, которые поворачивают распределительные валы в соответствии с командами блока управления.

Рисунок 1 - Схема системы автоматического изменения фаз газораспределения с помощью поворота распределительного вала[2]

1. Датчик Холла впускного распределительного вала; 2. Гидроуправляемая муфта впускного вала (фазовращатель); 3. Впускной распределительный вал; 4. Датчик Холла выпускного распределительного вала; 5. Гидроуправляемая муфта выпускного вала (фазовращатель); 6. Выпускной распределительный вал; 7. Электрогидравлический распределитель впускного вала (электромагнитный клапан); 8. Электрогидравлический распределитель выпускного вала (электромагнитный клапан); 9. Блок управления двигателем; 10. Сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости; 11. Сигнал расходомера воздуха; 12. Сигнал датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя; 13. Масляный насос

Система ступенчатого изменения фаз газораспределения.

Систему автоматического изменения фаз газораспределения с разной формой кулачков на вооружения взяли следующие марки: В первую очередь это Honda со своей известной системой – VTEC (VariablevalveTimingandliftElectronicControl);

Toyota - VVTL-I (Variable Valve Timing and Lift intelligent system);Mitsubishi – MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system);Audi - Valvelift System;

Данный вид системы изменения фаз газораспределения разберем на примере системы VTEC[3].

Рисунок 2 - Схема системы изменения фаз газораспределения

с разной формой кулачков[2]

На каждый цилиндр имеется два впускных клапана 1, три коромысла 2 и три кулачка на распределительном валу. Два крайних одного размера 3, а третий по середине большего 5.

1. На малых оборотах под воздействием малых кулачков усилие на впускные клапана передаются через крайние коромысла, обеспечивая их открытие в данном режиме. Среднее коромысла в этом режиме работы двигателя не участвует, что в итоге обеспечивает короткие фазы газораспределения.

2. При переходе двигателя в режим высоких оборотов автоматически срабатывает гидравлический блокирующий механизм 4, который соединяет все коромысла между собой вместе.

3. Теперь на коромысла воздействует только средний, кулачок большего размера, что приводит к удлинению фаз газораспределения[2].

В другой модификации системы VTEC, в отличие от предыдущей, присутствуют три режима регулировки, на малых, на средних и на высоких оборотах. В этой системе три кулачка разного размера. На малых оборотах в работе участвует один малый кулачок, открывающий только один впускной клапан. На средних оборотах два малых кулачка открывающие оба клапана. На высоких оборотах, так же как и в предыдущем случае, один большой открывающий оба клапана.

На современных двигателях Honda использует результат двух объединенных систем VTEC и VTC, такая система получила название I-VTEC. Она более сложная, нежели ее предшественники, но в то же время благодаря объединению этих двух систем в единое целое I-VTEC получила возможность расширить параметры регулирования.

Система регулирования высоты подъема клапана.

Первый успех в применении системы регулировки высоты подъема впускного клапана добилась BMW, представив в 2001 году на Женевском автосалоне своей BMW 316ti Compact с системой Valvetronic[4].

После успеха BMW в освоение данной системы, добились подобного результата и следующие марки: Nissan - VEL; Toyota – Valvematic; Fiat – MultiAir; Peugeot - VTI;

Данную систему можно считать наиболее совершенной, так как при использовании этой системы можно полностью отказаться от дроссельной заслонки, не слишком совершенного узла участвующего в регулировании подачи топливной смеси[4].

Рисунок 3 - Схема системы автоматического изменения фаз газораспределения изменением высоты подъема клапанов[2]

1) Электродвигатель (сервопривод). 2) Червячный вал. 3) Пружина возвратная. 4) Впускной распредвал. 5) Выпускной распредвал. 6) Червячная шестерня. 7) Эксцентриковый вал. 8) Промежуточный рычаг. 9) Коромысло впускного клапана. 10) Гидрокомпенсатор выпускного клапана. 11) Коромысло выпускного клапана. 12) Выпускной клапан. 13) Гидрокомпенсатор впускного клапана. 14) Впускной клапан.

В системе изменения высоты подъема клапанов помимо классической связки распределительный вал – коромысло – клапан, присутствует еще эксцентриковый вал и промежуточный рычаг.

Так же как и в предыдущих системах всем управляет блок управления, получающий сигналы с датчиков установленных на двигатели. Сопоставляя все поступившие сигналы, он посылает сигнал управления сервоприводу 1, который через червячный вал 2, вращает эксцентриковый вал 9.

Эксцентриковый вал 9 в свою очередь изменяет положение промежуточного рычага 10, а он через коромысло 11 высоту подъема впускного клапана 16 регулируя фазы газораспределения. Таким образом, данная система может очень точно подобрать необходимую фазу газораспределения на любых оборотах.

Среди систем изменения фаз газораспределения наибольшее распространение получили системы, в которых используется поворот распределительного вала. Наиболее известны следующие: VANOS (Double VANOS) фирмы BMW; VTC, Variable Timing Control от Honda; VVT-i (Dual VVT-i), Variable Valve Timing with intelligence компании Toyota; CVVT, Continuous Variable , установленных на автомобилях General Motors; Volvo, HyundaiиKia;VVT, Variable Valve Timing фирмы Volkswagen;

1. VCP, Variable Cam Phases, применяемых на автомобиляхRenault.

В заключении яхотел бы отметить основные достоинства системы изменения фаз газораспределения:

- 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.

Список литературы:

1. Изменение фаз газораспределения // www.drive.ru URL: https://www.drive.ru/technic/2007/07/11/377214.html (дата обращения: 22.10.2016).

2. Система изменения фаз газораспределения // avto-master.info URL: http://avto-master.info/ustrojstvo-i-printsip-dejstviya/sistema-izmeneniya-faz-gazoraspredeleniya.html (дата обращения: 22.10.2016).

3. Системы изменения фаз газораспределения // ustroistvo-avtomobilya.ruURL:http://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/sistemy-izmeneniya-faz-gazoraspredeleniya/ (дата обращения: 08.11.2016).

4. Variable Valve Timing // systemsauto.ru/vpusk/vvt.html URL: http://systemsauto.ru/vpusk/vvt.html (дата обращения: 08.11.2016).

5. NissanSilvia. Инструкция поэксплуатация / - ISBN 978-617-537-032-2 изд. - СПБ.: ООО Книжноеиздательство «Зарулем», 2004.

Sal'kov IvanAleksandrovich, a student of the Belgorod State Technological University. Shukhov, Belgorod, Russia

Konev Alexey Aleksandrovich, candidate of technical Sciences, Associate Professor, Belgorod State Technological University. Shukhov, Belgorod, Russia

THE MECHANISM OF VARIABLE VALVE TIMING

Annotation. This article reveals the essence of the mechanism of variable valve timing, as well as varieties of these systems.

Keywords: system, mechanism, phase, gas distribution, gas distribution, valve, distribution shaft

Код для цитирования: Скопировать