Система изменения фаз газораспределения

Для чего необходима система изменения фаз?

Данное дополнение делает двигатель на порядок сложнее. Со временем неизбежно возникают неисправности, что пугает многих автомобилистов. На самом деле двигатели с изменяемыми фазами намного лучше по целому ряду причин:

1. Ресурс двигателя увеличивается. За счет того, что топливо подается правильно, при сгорании не образуется слишком сильного взрыва, повреждающего поверхность цилиндра и поршня. Все агрегаты работают на порядок мягче, что позволяет служить им дольше.
2. Отдача мотора улучшается во всем диапазоне оборотов. Благодаря настройкам фаз газораспределения двигатели объемом 1,6 л и даже меньше выдают свыше 100 лошадиных сил, что раньше было невозможно.
3. Машина намного лучше работает на холодную. За счет настройки положения клапанов мотор даже при отрицательной температуре подбирает оптимальный режим и нагревается за минимальное время.

Система доказала свою эффективность, поэтому используется на большинстве современных автомобилей. Причем реализуют ее разными способами. Есть три основных варианта.

Изменяемые фазы газораспределения

Разберем основные варианты, используемые в современном автомобилестроении. Каждый из них доказал свою эффективность и проверен на сотнях тысяч машин. Какой из вариантов выбирать – непринципиально: при правильной эксплуатации ресурс примерно одинаков.

За счет поворота распредвала

Этот вариант используют ведущие автопроизводители – Тойота, Фольксваген, Дженерал Моторс, Вольво, Хонда, Киа и Рено. Первыми массово эксплуатируемыми авто в стране можно назвать БМВ с легендарной системой ВАНОС, в которой регулировалось положение распределительного вала. Особенности работы:

1. На распредвале расположена гидравлическая муфта, которая при необходимости меняет угол узла, тем самым изменяя фазы газораспределения. Если распредвалов два, то и муфты может быть две.
2. Узел расположен внутри корпуса ГБЦ. Управление муфтами реализовано за счет давления масла, поэтому в них есть масляные каналы. Регулировка происходит за счет электрогидравлических датчиков изменения фаз газораспределения или электромагнитных клапанов.
3. Муфта изменения угла представляет собой ротор, который зафиксирован на распредвале и корпус, который одновременно служит шкивом ГРМ. Внутри узла есть масляные каналы и камеры. В них подается масло, за счет чего ротор меняет свое положение по отношению к корпусу. Это и обеспечивает корректировку вала.
4. Управляет системой ЭБУ, на который подается вся необходимая информация о работе двигателя: данные с датчиков Холла, скорость вращения коленвала, температура и расход воздуха, температура антифриза. Анализируя показатели, ЭБУ корректирует распредвал так, чтобы обеспечить эффективную работу двигателя.

Этот вариант достаточно надежен. Проблемы чаще всего возникают с муфтами, которые со временем начинают работать некорректно или просто блокируются в одном положении и не регулируются. Чаще всего в таких ситуациях требуется замена вышедшего из строя узла.

Изменение фаз за счет разной формы кулачков на распредвале

Подобные системы используют Хонда, Митсубиси, Тойота и Ауди. Этот вариант даже проще в устройстве, но при этом дает хороший эффект. Его основные особенности:

Система изменения фаз газораспределения на примере CVVT

1. Регулируется система впрыска, поэтому на каждый цилиндр приходится по два впускных клапана. При этом управление ими производится с помощью 3 коромысел и 3 кулачков на распределительном валу (крайние кулачки маленькие, средний большой).
2. При малых оборотах двигателя задействованы только крайние коромысла и кулачки. Фазы газораспределения короткие, что обеспечивает экономное расходование топлива.
3. При увеличении оборотов привод системы (гидравлический блокирующий узел) блокирует все коромысла и работа производится за счет большого кулачка, так как он намного выше. За счет этого фазы газораспределения удлиняются и обеспечивается большая мощность.

В усовершенствованном варианте на распределительном валу три кулачка разной высоты. На малых оборотах открывается только один клапан. В среднем диапазоне задействуется уже два клапана, а при больших нагрузках работает средний кулачок самого большого размера.

Система регулировки за счет изменения высоты подъема клапанов

Была разработана в начале нулевых годов инженерами БМВ, потом ее стали использовать такие марки, как Пежо, Фиат, Тойота и Ниссан. Многие специалисты считают этот вариант самым совершенным, так как из конструкции можно исключить дроссельную заслонку, что улучшает регулировку подачи топливной смеси. Особенности:

CVVT — система изменения фаз газораспределения

1. Состоит из сервопривода с червячным валом и возвратной пружиной, впускного и выпускного распредвала, червячной шестерни, эксцентрикового вала и элементов впуска и выпуска.
2. Системой управляет ЭБУ, собирающий информацию с многочисленных датчиков, установленных на двигателе и в выпускном тракте. После обработки данных он передает сигнал на сервопривод, который через червячный вал воздействует на эксцентриковый вал. Далее через промежуточный рычаг и коромысло выставляется высота подъема впускных клапанов, что и обеспечивает правильную подачу топлива.

Этот вариант при всей своей сложности имеет большое преимущество: возможность регулировать фазы газораспределения максимально точно во всем диапазоне оборотов.

Использование двигателя с регулировкой фаз газораспределения позволит экономить топливо и наслаждаться отличной динамикой при езде. Лучше отдавать предпочтение именно таким вариантам.

Для чего нужна разрезная шестерня распредвала? Методика настройки

Для чего нужна разрезная шестерня? Методика настройки на двигателе ВАЗ 2108 – 2110 8V Методика настройки на двигателе ВАЗ 2110-2112 16V Методика настройки на двигателе ВАЗ ‘классика’ 8V

Соблюдение эффективных фаз газораспределения обеспечивает оптимальные характеристики силового агрегата. Разрезная шестерня распредвала дает возможность не ослабляя натяжения ремня ГРМ, изменить положение распредвала относительно коленвала. Причем шаг настройки калибруется на десятые доли градуса.

Для чего нужна разрезная шестерня?

Мощность и крутящий момент двигателя определяются: рабочим объемом, проходными сечениями каналов и длиной систем впуска и выпуска, фазы газораспределения (далее — ФГР) — периодами открытого и закрытого состояния клапанов, выраженные в градусах поворота коленвала относительно верхней и нижней мертвых точек (ВМТ и НМТ). ФГР обычно изображают в виде круговых диаграмм.

Монтаж разрезанной шестерни рекомендуется по 2 причинам:

1. При крупносерийном производстве двигателей отклонения размеров деталей от заданных чертежей неизбежны. За счет отклонения размеров деталей механизма газораспределения и кривошипно-шатунного механизма, фактические ФГР двигателя одной модели могут отличаться от номинальных до ±10&deg по коленвалу, что составляет погрешность в пределах одного зуба на шестерне.

Для компенсации такой погрешности практикуется установка разрезанной шестерни, позволяющей изменить положение ее зубчатого венца относительно ступицы с шагом 0&deg, в отличии от заводской сплошной шестерни, которая фиксируется только в одном положении и отойти от него можно лишь на зуб вперед или назад с шагом 17&deg по коленвалу. Как следствие — заметная потеря в мощности и моменте вместо предполагаемой прибавки.

2. Применение тюнинговых и спортивных распредвалов с увеличенным подъемом кулачков и измененным профилем. Установка такого вала со стандартной шестерней дает прибавку по мощности и моменту. Настройка такого на эффективные ФГР при помощи разрезанной шестерни добавляет еще 3% по мощности.

Методика настройки на двигателе ВАЗ 2108 – 2110, 8 клапанов

1. Берем разрезную шестеренку (шкив) и помечаем на ней (на неподвижной и подвижной частях) стандартную метку, сравнивая со стандартной шестерней (шкивом) распредвала.

2. Монтируем разрезанную шестерню на распредвал, надеваем ремень ГРМ на шестерню. Проверяем совпадение установочных меток на шкиве распределительного вала и задней крышки ремня, а также находится ли метка на маховике (в люке картера сцепления) против среднего деления шкалы.

3. Контролируем впускной и выпускной клапан 4 цилиндра по перекрытию: при грамотно выставленных фазах впускной и выпускной клапан должны быть открыты на определенную величину, заданную при проектировании вала(для равноподъемных валов клапаны, как правило должны быть открыты на равную величину). Если требуемого перекрытия нет, то ослабляем наружные болты шестерни и поворачиваем распредвал относительно внешней части шестерни, выставляя его. Таким образом получаем нулевое (оптимальное) положение распределительного вала.

4. В зависимости от того, что хотим получить, можно произвести дополнительную коррекцию фаз газораспределения методом контрольных поездок.

1. Поворачивая распредвал относительно коленвала по ходу вращения (на опережение) , увеличиваем начальный угол открытия впускного клапана до ВМТ и уменьшаем угол газодинамического наддува (запаздывание закрытия впускного клапана до НМТ), улучшая тем самым тягу на нижних и средних оборотах.
2. Поворачивая распредвал относительно коленвала против хода вращения (на запаздывание) увеличиваем угол газодинамического наддува, дозаряжая цилиндры на высоких оборотах и получая дополнительную мощность.
3. Практика показывает, что «играя фазами» не стоит уходить от точки перекрытия в +_ больше, чем на 1/3-1/2 зуба по шкиву, что соответствует 3-4 градусам по распредвалу.
4. При корректировке фаз ГРМ на карбюраторных автомобилях, не забывайте каждый раз после вращения распредвала, выставлять заново начальный угол опережения зажигания, т.к. трамблер с распределительным валом имеет жесткую связь через муфту датчика распределителя зажигания.

Источник

Признаки неисправности фазорегулятора

О полном или частичном выходе фазорегулятора из строя можно судить по следующим признакам:

• Увеличение шумности работы двигателя. Из района установки распределительного вала будут исходить повторяющиеся лязгающие звуки. Некоторые автолюбители говорят, что они похожи на работу дизельного мотора.
• Нестабильная работа двигателя в одном из режимов. Мотор может хорошо держать холостые обороты, но плохо разгоняться и терять мощность. Или наоборот, нормально ездить, но «захлебываться» на холостых. На лицо общее снижение выходной мощности.
• Повышенный расход топлива. Опять же, в каком-то режиме работы мотора. Желательно проверять расход топлива в динамике по бортовому компьютеру либо диагностическому прибору.
• Повышение токсичности выхлопных газов. Обычно их количество становится больше, и они приобретают более резкий, чем ранее, топливный, запах.
• Повышается расход моторного масла. Оно может начать активно выгорать (уменьшается его уровень в картере) либо терять свои эксплуатационные свойства.
• Нестабильные обороты после запуска двигателя. Это обычно продолжается около 2…10 секунд. В это же время треск от фазорегулятора сильнее, а потом он немного стихает.
• Формирование ошибки рассогласования коленчатого и распределительного валов или положения распредвала. У разных машин их код может отличаться. Например, у «Рено» ошибка с кодом DF080 прямо указывает на проблемы с «фазиком». У других машин зачастую возникает ошибка p0011 или p0016, указывающих на рассинхронизацию системы.

Обратите внимание, что кроме этого, при выходе фазорегулятора из строя может проявляться только часть указанных признаков или проявляются они на разных машинах по-разному

Принцип VVT-i

В зависимости от условия работы двигателя, система VVT-i плавно изменять фазы газораспределения. Это достигается путем поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных в диапазоне 20-30° (по углу поворота коленвала). В результате изменяется момент начала открытия впускных клапанов и величина времени «перекрытия» (то есть времени, когда выпускной клапан еще не закрыт, а впускной — уже открыт).

Основным элементом устройства является муфта VVT-i интегрированная в шкив, который выполняет роль корпуса муфты. Ротор муфты находится внутри и непосредственно соединен с распределительным валом.

Изначально фазы впускных клапанов установлены таким образом, чтобы добиться максимального крутящего момента при низкой частоте вращения коленвала. После того, как обороты значительно увеличиваются в корпусе муфты сделано несколько полостей, к которым по каналам подводится моторное масло из системы смазки.

Возросшее давление масла открывает клапан VVT-i, заполняя ту или иную полость, обеспечивает поворот ротора относительно корпуса и, соответственно, смещение распределительного вала на определенный угол.

Кулачки имеют определенную форму и при повороте коленчатого вала открывают впускные клапана немного раньше, а закрывают позже, что благоприятно сказывается на увеличении мощности и крутящего момента на высоких оборотах.

Технология VTEC

VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control) — система динамического изменения фаз газораспределения, фирменная разработка компании Honda. Вначале система VTEC была успешно реализована в двигателях, применяемых в спортивных автомобилях, а затем, после признания и успеха данная система использована на двигателях гражданских автомобилей.

Особенность системы VTEC заключается в том, что возможно конструировать компактные, но очень мощные (в соотношении объем/л.с.) двигатели без применения дополнительных устройств (турбин, компрессоров), при этом технология производства подобных двигателей остается недорогой, а автомобиль с установленной на нем системой VTEC не испытывает проблем, характерных для турбированных автомобилей.

Принцип работы VTEC, в классическом виде по сравнению с другими системами газораспределения, конструктивно выглядит просто, — на распредвале между основными кулачками разместили один дополнительный кулачок большего профиля. Получается, что на каждый цилиндр приходится по одному дополнительному кулачку.

За наполнение топливной смесью камеры сгорания на низких и средних оборотах работы двигателя, отвечают два внешних кулачка, а центральный задействуется на высоких оборотах

Обратите внимание, что непосредственно на клапана воздействуют не кулачки распредвала, а через так называемые коромысла/рокеры, которых тоже три. Внешние кулачки воздействуют на рокеры, обеспечивающие открытие клапанов независимо друг от друга, а центральная пара кулачек-рокер, хотя и работает, но работает, что называется вхолостую

Клапаны имеют минимальную высоту подъема, фазы ГРМ характеризуются малой продолжительностью.

Как только двигатель достигает определенного количества оборотов, т.е. переходит в режим высоких оборотов, система VTEC активируется. Под давлением масла происходит смещение синхронизирующего штифта внутри рокеров таким образом, что все три рокера как бы становятся одной целой конструкцией, и после этого усилие на впускные клапаны передается от большого кулачка распредвала. Таким образом, увеличивается ход клапанов и фазы газораспределения.

При снижении количества оборотов система возвращается в исходную позицию.

Недостатками такой системы являются ступенчатый переход с одного режима на другой и конструктивная сложность реализации процесса блокировки.

Как двигают фазы

У разных производителей существуют различные конструкции таких систем. Одни изменяют время подъема клапанов, другие – высоту подъема, а третьи – и то, и другое. Системы изменения фаз могут устанавливаться только для впускных клапанов или и для впускных, и для выпускных. В настоящее время используется три способа изменения фаз газораспределения.

• Первый способ – поворот распредвала по ходу вращения с ростом оборотов двигателя. Таким образом, обеспечивается более раннее открытие клапанов. Основная деталь таких систем – фазовращатель (другое название – гидроуправляемая муфта). Он представляет собой ротор, смонтированный в шкиве распредвала, между которыми есть полости. Эти полости по сигналу контроллера двигателя через электромагнитный клапан заполняются маслом, что приводит к повороту распредвала. Угол поворота зависит от того, какая именно полость заполнена. Фазовращатель в большинстве случаев устанавливается только на впускной распредвал, на некоторых системах – и на выпускной. Описанный способ используется в системах VANOS и Double VANOS от BMW, VVT-i и Dual VVT-i(Variable Valve Timing with intelligence) от Toyota, VVT(Variable Valve Timing) от Volkswagen, VTC(Variable Timing Control) от Honda, CVVT(Continuous Variable Valve Timing) от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors, VCP(Variable Cam Phases) от Renault.
• Второй способ – применение кулачков разного профиля на разных режимах работы. На малых оборотах используются кулачки, обеспечивающие «узкие» фазы, то есть малые высоту подъема и время открытия клапанов. С ростом оборотов по команде блока управления происходит переключение на «широкофазные» кулачки. Таким образом, фазы меняются ступенчато, а не плавно, как в предыдущей системе. Зато, кроме фаз, регулируется и высота подъема клапана. Разнопрофильные кулачки используют в своих системах: VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) от Honda, VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift with intelligence) от Toyota, MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control) от Mitsubishi.
• Третья, самая совершенная группа систем, плавно регулирует высоту подъема клапанов. Главное достоинство таких систем в том, что они позволяют отказаться от дроссельной заслонки на впуске. Тем самым существенно снижаются насосные потери и расход топлива. Впервые такая система под названием Valvetroniс была применена BMW. В ней между распредвалом и клапаном расположен дополнительный рычаг, один конец которого давит на коромысло клапана, а второй соединен с эксцентриковым валом. Проворачивая этот вал с помощью электромотора, система управления тем самым меняет наклон рычага и его плечо. Увеличение плеча приводит к увеличению подъема клапана и количества воздуха, попадающего в цилиндры. Высота подъема регулируется в пределах от 0,5 до 12 мм.

Вслед за BMW аналогичные системы создали Valvematic от Toyota, VEL (Variable Valve Event and Lift System) от Nissan, MultiAir от Fiat, VTI (Variable Valve and Timing Injection) от Peugeot.

В системе MultiAir используется один распредвал, который приводит и впускные, и выпускные клапана. Но если выпускные клапана механически управляются кулачками, то на впускные воздействие от кулачков передается через специальную электрогидравлическую систему. Именно в ней и состоит новизна. Впускные кулачки нажимают на поршни, а те через электромагнитный клапан передают усилие на рабочие гидроцилиндры, которые уже воздействуют на впускные клапана. Главный узел – именно клапан, регулирующий давление в системе. Он имеет только два положения: открыт-закрыт. Если он открыт, давление в системе отсутствует, и усилие на клапан не передается. Поэтому, управляя моментом и длительностью открытия электромагнитного клапана за то время, пока кулачок воздействует на поршенек, можно добиться любого алгоритма открытия впускных клапанов. А значит, ширину фаз можно плавно регулировать от 0 до 100%. Максимальная ширина фазы определяется профилем впускного кулачка распредвала.

А какое отношение все вышеописанное имеет к экологии? Системы изменения фаз газораспределения, оптимизируя процесс сгорания топлива, тем самым снижают его расход, а, значит и количество вредных выбросов.

Что в итоге

Как видно, для многих ведущих автопроизводителей выбор и переход исключительного на один или другой тип привода также является не простой задачей. Примечательно, что на разных моделях одного бренда могут быть установлены как моторы с цепью, так и с ремнем ГРМ.

Например, компания BMW, которая долгие годы использовала в конструкции ДВС только цепь, параллельно выпустила ряд моторов с ременным приводом (хорошо известный силовой агрегат M40).

Двигатели оказались вполне надежными, ремни полностью отрабатывали свой ресурс, никаких проблем с приводом и самим механизмом газораспределения в процессе эксплуатации выявлено не было. При этом версии моторов BMW с цепью бывали как удачными (цепь выхаживала без замены до самого капремонта агрегата), так и не особенно надежными, когда цепь требовала дорогостоящей замены уже спустя 80-90 тыс. км. С учетом данной информации не удается ответить на вопрос, что надежнее, цепь или ремень.

Концерн VAG (Volkswagen) на некоторых моделях начального сегмента устанавливает ремни, машины среднего класса оборудуются цепью, однако на мощные и объемные агрегаты производитель также ставит ременной привод. Получается, нельзя также сказать, что ремни можно встретить только на бюджетных версиях автомобилей, тогда как цепь идет на более престижные и дорогие модели.

Схожая ситуация прослеживается и у других автопроизводителей (отечественный автопром, марки из США и Японии). Все это говорит нам о том, что многое зависит не от самого типа привода, а от того, как он выполнен касательно технической части. Также не следует забывать и об особенностях эксплуатации того или иного ТС.

Напоследок отметим, что расширенный анализ преимуществ и недостатков цепного и ременного привода на современных моторах позволяет сделать несколько основных выводов:

• Цепь имеет ряд плюсов только применительно к стабильности работы ДВС. Если точнее, с таким приводом удается более точно настроить фазы газораспределения.
• Что касается ресурса, обслуживания, а также стоимости замены цепи и ремня, затраты на цепной привод в итоге окажутся намного больше (начиная от повышенных требований к качеству масла и заканчивая заменой самой цепи, натяжителя, успокоителя и т.д.).
• Надежность современных ремней ГРМ при их невысокой стоимости выглядит намного более привлекательным вариантом как в плане замены, так и простоты обслуживания.
• На практике своевременная замена ремня и роликов на качественные оригинальные изделия или проверенные аналоги позволяет говорить о достаточной надежности элемента.
• Также не следует верить в огромный ресурс цепи, так как на современных авто зачастую стоит облегченная узкая цепь с небольшим ресурсом. В этом случае нужен постоянный контроль шумов, желательна периодическая проверка натяжителя и успокоителей цепи, а также замена цепного привода по регламенту.

Если учесть высокую стоимость замены, становится понятно, что многие меняют цепь не по пробегу, а только тогда, когда проявляются признаки ее растяжения и другие неисправности. В этом случае будет неправильно говорить о каком-либо преимуществе в плане надежности, так как изношенная цепь может перескочить или ее оборвет в любой момент.

В случае с ремнем, затраты на его покупку и установку относительно небольшие, что позволяет каждому автолюбителю даже с ограниченным бюджетом обслуживать свой автомобиль по регламенту.

Мировой заговор автопроизводителей: Почему рвутся цепи ГРМ на современных двигателях?

• Цепь в конструкции цепного привода ГРМ

  Использование цепи в устройстве привода ГРМ. Роликовая и зубчатая цепь. Натяжитель и успокоитель цепи, особенности эксплуатации цепного привода. Читать далее

• Почему гнутся клапана при обрыве ремня или цепи ГРМ

  Почему гнет клапана при обрыве приводного ремня или цепи: причины обрыва. Как узнать, гнет ли клапана на конкретном бензиновом или дизельном двигателе. Читать далее

• После замены цепи или ремня ГРМ двигатель не…

  Машина не заводится после замены ремня ГРМ, цепи ГРМ или проведения других работ с приводом газорасределительного механизма. Основные причины, рекомендации. Читать далее

• Как самому поменять цепь ГРМ в гаражных условиях

  Почему необходимо менять цепь газораспределительного механизма. Доступные способы самостоятельной замены цепи ГРМ, особенности и нюансы. Полезные советы. Читать далее

• Как выставить ремень ГРМ при замене элементов привода

  Когда нужно менять приводной ремень механизма газораспределения. Замена ремня ГРМ, выставление по меткам и как это сделать правильно. Советы и рекомендации. Читать далее

• Цепной и ременной привод ГРМ

  Назначение привода ГРМ. Преимущества и недостатки ремня или цепи в конструкции привода газораспределительного механизма двигателя. Читать далее