Системы управления фазами газораспределения

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.

Детали клапанной группы

К клапанной группе относятся клапан, направляющая втулка клапана, клапанная пружина с опорной шайбой и деталями крепления (они же — «сухари»). Все описанное приведено на рисунке 4.13.

Клапан служит для закрытия и открытия впускных или выпускных каналов в головке блока цилиндров. Основными элементами клапана являются тарелка и стержень.

Тарелка клапана имеет шлифованную конусную рабочую поверхность — фаску (обычно под углом 45°), которой клапан плотно притерт к седлу.

Стержень клапана отшлифован и проходит через направляющую втулку. На конце стержня клапана имеется канавка или отверстие для крепления опорной шайбы пружины. Разноименные клапаны имеют тарелки различных диаметров (зачастую, больший — у впускного клапана) или отличаются специальными метками.

Рисунок 4.13 Клапанный механизм.

Седло клапана (на рисунке 4.13) представляет собой металлическое кольцо цилиндрической формы с обработанной под углом 45 градусов рабочей поверхностью (той самой, к которой прилегает тарелка клапана). Седла клапанов запрессованы в головку блока цилиндров. Существуют конструкции с заменяемыми седлами и с седлами, запрессованными наглухо.

Направляющая втулка, в которой клапан устанавливается стержнем, обеспечивает точную посадку клапана в седло. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.

Рисунок 4.14 Клапан.

Клапанная пружина удерживает клапан в закрытом положении, обеспечивая плотную его посадку в гнезде, а также создает постоянное прижатие толкателя к поверхности кулачка распределительного вала. Пружину надевают на выходящий из втулки конец стержня клапана и закрепляют на нем в сжатом состоянии с помощью опорной шайбы с коническими разрезными сухарями, которые входят в выточку на стержне клапана. Иногда на клапан устанавливают две пружины: пружину меньшего диаметра — внутрь пружины большего диаметра. Это делается для того, чтобы избежать резонанса пружины на определенных частотах работы двигателя, а также для подстраховки на случай поломки пружины. Часто применяются пружины с переменным шагом витков. Это исключает вероятность возникновения вибрации пружины и ее поломки при большом числе оборотов коленчатого вала двигателя. При установке двух пружин их подбирают таким образом, чтобы направление навивки их витков было выполнено в разные стороны, что также устраняет опасность возникновения резонансных колебаний пружин.

Для ограничения количества масла, поступающего в направляющую втулку, и устранения подсоса масла в цилиндр через зазоры во втулке на верхних впускных клапанах под опорной шайбой ставят маслосъемные колпачки.

Толкатель служит для передачи осевого усилия от кулачка распределительного вала на стержень клапана или на штангу. Дело в том, что передавать усилие от кулачка распредвала лучше именное через промежуточное звено – толкатель. Поскольку при длительной работе элементы клапанного механизма изнашиваются и, когда приходит время замены чрезмерно износившихся деталей, проще заменять небольшой толкатель, нежели целый распредвал или клапаны.

Рисунок 4.15 Головка блока цилиндров с элементами газораспределительного механизма.

Как было отмечено выше, сейчас получили широкое распространение так называемые гидрокомпенсаторы. «Гидро», потому что работают за счет давления моторного масла, а «компенсаторы», так как компенсируют или, проще говоря, сводят на нет зазор между кулачком распределительного вала и толкателем во время работы.

Толкатели в большинстве двигателей устанавливают без втулок непосредственно в отверстия приливов головки блока цилиндров. В некоторых двигателях для толкателей имеются направляющие втулки, отлитые секцией на несколько цилиндров.

Коромысло. Изменяет направление передаваемого движения. Устанавливают зачастую, когда распределительный вал один, а клапанов на цилиндр два или четыре, но расположены они особым образом (смотрите рисунок 4.16). Коромысла устанавливают на бронзовых втулках или без втулок на осях, которые при помощи стоек закреплены на головке блока. Одно плечо коромысла располагается над стержнем клапана, а другое — под или над кулачком распределительного вала. Для регулировки зазора между стержнем клапана и коромыслом в конец коромысла вкручен регулировочный винт с контргайкой.

Рисунок 4.16 Привод клапанов через коромысло.

Устройство, принцип работы VVT

За угловое смещение распределительного вала отвечает фазовращатель, представляющий собой гидромуфту, работой которой управляет ЭБУ двигателя.

Конструктивно фазовращатель состоит из ротора, который соединен с распредвалом, и корпуса, наружная часть которого является шестерней распределительно вала. Между корпусом гидроуправляемой муфты и ротором находятся полости, заполнение которых маслом приводит к перемещению ротора, а, следовательно, и смещению распредвала относительно шестерни. В полости масло подается по специальным каналам. Регулировка количества поступающего через каналы масла осуществляется электрогидравлическим распределителем. Распределитель представляет собой обычный электромагнитный клапан, который управляется ЭБУ посредством ШИМ-сигнала. Именно ШИМ-сигнал делает возможным плавное изменение фаз газораспределения.

Система управления, в образе ЭБУ двигателя, использует сигналы следующих датчиков:

• ДПКВ (рассчитывается частота вращения коленчатого вала);
• ДПРВ;
• ДПДЗ;
• ДМРВ;
• ДТОЖ.

Системы с разной формой кулачков

Ввиду более сложной конструкции, система изменения фаз газораспределения посредством воздействия на коромысла клапанов кулачков разной формы получила меньшее распространение. Как и в случае с Variable Valve Timing, автоконцерны используют разные обозначения для обозначения схожих по принципу работы систем.

• Хонда – Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (VTEC). Если на двигателе одновременно используется и VTEC, и VVT, то такая система носит аббревиатуру i-VTEC.
• БМВ – Valvelift System.
• Ауди – Valvelift System.
• Тойота – Variable Valve Timing and Lift with intelligence от Toyota (VVTL-i).
• Митсубиши – Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control (MIVEC).

Принцип работы

Система VTEC от Honda является, пожалуй, одной из самых известных, но и остальные системы работают по схожему типу.

Как вы можете увидеть из схемы, в режиме низких оборотов усилие на клапаны через коромысла передается набеганием двух крайних кулачков. При этом среднее коромысло двигается «вхолостую». При переходе в режим высоких оборотов давлением масла выдвигается запорный шток (блокирующий механизм), который превращает 3 коромысла в единый механизм. Увеличение хода клапанов достигается за счет того, что среднему коромыслу соответствует кулачок распредвала с наибольшим профилем.

Разновидность системы VTEC является конструкция, в которой режимам: низких, средних и высоких оборотов соответствуют разные коромысла и кулачки. На низких оборотах кулачком меньшей формы открывается только один клапан, в режиме средних оборотов два меньших по форме кулачка открывают 2 клапаны, а на больших оборотах наибольший кулачок открывает оба клапаны.

https://youtube.com/watch?v=cXgU-S3KR1g

Крайний виток развития

Ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов позволяет не только изменять фазы газораспределения, но и практически полностью снять с дроссельной заслонки функцию регулирования нагрузки на двигатель. Речь в первую очередь о системе Valvetronic от BMW. Именно специалисты БМВ впервые добились подобных результатов. Сейчас схожими разработками обладают: Toyota (Valvematic), Nissan (VVEL), Fiat (MultiAir), Peugeot (VTI).

В системе Valvetronic количество поступающего в цилиндры воздуха регулируется степенью подъема и продолжительностью открытия клапанов. Реализовать это получилось при помощи внедрения в конструкцию эксцентрикового вала и промежуточного рычага. Рычаг связан червячной передачей с сервоприводом, управляет которым ЭБУ. Изменения положения промежуточного рычага смещает воздействие коромысла в сторону большего или меньшего открытия клапанов. Более подробно принцип работы показан на видео.

Valvetronic, la distribución variable de BMW

Когда нужна замена фазовращателей Опель Астра H?

Фазовращатель – это сложный механизм, который часто выходит из строя. Признаки выхода из строя являются следующие:

• машина плохо отзывается на педаль газа;
• на малых оборотах машина не едет, нет тяги;
• после того как автомобиль заводится, слышан характерный звук работающего дизеля. После прогрева он пропадает;
• электронный блок управления фиксирует ряд ошибок: 0010; 0011; 0013; 0014.

Эти симптомы почти со стопроцентной гарантией говорят о неисправных шестернях распредвалов или вышедших из строя клапанах фазорегулятора.СПРАВКА: Не стоит менять только шестерни или клапаны, это не сможет решить проблему полностью. Частичная замена может только замаскировать неисправность. Автолюбителю ни в коем случае нельзя игнорировать симптомы неисправности. В процессе эксплуатации могу произойти более серьезные поломки. При заклинивании одной из шестерни может произойти выброс масла через сальники. Оно попадает на ремень ГРМ, а это смертельно для него. В результате действия масла ремень может оборваться, что приведет к погнутым клапанам. А это в свою очередь требует замены двигателя или его капитальный ремонт, что по стоимости почти равноценно. Поэтому при первых признаках неполадки следует незамедлительно обратиться в автосервис для диагностики, где с помощью профессионального оборудования проверят систему фазорегулятора.

ВНИМАНИЕ! Некоторые неопытные специалисты автосервиса «дизиление» двигателя принимают за неисправность гидрокомпенсаторов, которых нет на этих автомобилях

Как работает клапан фазорегулятора

Начну с того, для чего собственно нужен клапан фазорегулятора. Электромагнитный управляющий клапан обеспечивает подачу масла под давлением к фазорегулятору распредвала. При прекращении подачи управляющего напряжения на электромагнитный клапан от ЭБУ, фазорегулятор возвращает распредвалы в положение минимального запаздывания впускных клапанов, обеспечивая максимальный эффект крутящего момента на низких оборотах.

Далее на картинке показан принцип действия клапана фазорегулятора:

На автомобиле Рено Меган 2 электромагнитный клапан фазорегулятора установлен на крышке головки блока цилиндров возле маслоналивной горловины. Перед снятием желательно бы протереть все вокруг него, во избежании попадания грязи внутрь головки блока цилиндра.

Чтобы его снять, необходимо отсоединить разъем и открутить болт головкой на 8mm в моем случае (в интернете везде пишут, что на 10mm).

После того, как сняли клапан, смотрим на маленькую фильтрующую сеточку. Она должна быть чистой. Когда я первый раз снимал клапан, это было при пробеге около 160 тысяч км. Сетка была сильно загрязнена. В этот раз, она тоже грязная, но не сильно.

Чтобы почистить сетку, аккуратно раздвигаем её в разные стороны в месте защелкивания и снимаем.

Свою сетку я чистил зубной щеткой, смоченной в бензине. Очень хорошо очищает. Сам клапан мыть не стал, внутри он оказался чистым.

Протер только снаружи. Кстати мелкие песчинки и камушки попали на клапан в момент его снятия, поэтому не обращайте на них внимания. Если клапан внутри грязный, помойте его очистителем карбюраторов и продуйте воздухом.

Проверка клапана фазорегулятора на Рено Меган 2

Мультиметром, в режиме омметра замеряем сопротивление на выводах клапана. Согласно технической ноте Renault «Двигатель и его системы», величина сопротивления при температуре 20 градусов должна находиться в пределах 6,7 — 7,7 Ом. Если сопротивление отличается, то клапан неисправен.

Для более долгой жизни клапана и самого фазорегулятора советую как можно чаще менять масло.

Выкладываю фото с номерами клапана фазорегулятора, может кому пригодится. Удачи.

Далее предлагаю вам ознакомиться с информацией по замене сальника клапана фазорегулятора, в посте «Замена сальника клапана фазорегулятора на Рено Меган 2».

FreeValve

Отказ полностью от валов, дросселя и привода ГРМ (цепь или ремень) выносят многие производители, но первыми сделали это Шведы в своем суперкаре Koenigsegg, который кстати развивает аж 1500 л.с.

Как это устроено? Вместо валов здесь находятся специальные электромагнитные актуаторы, в которых встроены пневматические пружины. ЭБУ контролирует каждый такой клапан и способна открывать и закрывать его очень быстро (до 100 раз в секунду) и на любое расстояние которое нужно. Это позволяет регулировать фазы на любое заданное значение! И ЭТО РЕАЛЬНО ОЧЕНЬ КРУТО.

Испытания показали, что такой мотор до 30% мощнее и эффективнее чем аналоги с распределительной системой, а также он экономичен на эти же 30%. Плавность хода здесь на высоте.

Минусом пока является что такой мотор, шумный, такое количество электромагнитных клапанов создает щелканье при открытие, причем оно нарастает при повышении оборотов. Также стоимость агрегата пока очень высока, но если его запустить в серию цена может значительно упасть.

Что же вот мы с вами и рассмотрели основные виды фазовращателей и просто систем газораспределения без них. Кто не особо понял посмотрите видео версию, там я постараюсь рассказать все просто и на пальцах.

ФАЗОВРАЩАТЕЛИ и ЛИФТ КЛАПАНОВ. Рассмотрим VVT, VVT-i, CVVT, VTC, VANOS, VTEC, MIVEC и прочие

544,69

Источник

Как проверить фазорегулятор

Существует один простой метод, как можно проверить, работает фазорегулятор в двигателе или нет. Для этого необходимы лишь два тонких провода длиной около полутора метров. Суть проверки заключается в следующем:

Снять штекер с разъема клапана подачи масла в фазорегулятор и подключить туда подготовленные проводки. Второй конец одного из проводов нужно подсоединить на одну из клемм аккумулятора (полярность в данном случае неважна). Второй конец второго провода оставить пока в подвешенном состоянии. Запустить двигатель на холодную и оставить работать на холостых оборотах

Важно, чтобы масло в движке было остывшим! Подключить конец второго провода ко второй клемме аккумулятора. Если двигатель после этого начинает «задыхаться», значит, фазорегулятор работает, в противном случае — нет!

Электромагнитный клапан фазорегулятора необходимо проверять по следующему алгоритму:

• Выбрав на тестере режим измерение сопротивления, замерьте его между выводами клапана. Если ориентироваться на данные руководства Меган 2, то при температуре воздуха +20°С оно должно находиться в пределах 6,7…7,7 Ом.
• Если сопротивление ниже — значит, имеет место замыкание, если больше — обрыв. В любом случае клапана не ремонтируют, а меняют на новые.

Измерение сопротивления можно выполнить и без демонтажа, однако нужно проверить и механическую составляющую клапана. Для этого понадобится:

• От источника питания 12 Вольт (АКБ авто) подайте напряжение дополнительными проводками на электрический разъем клапана.
• Если клапан исправен и чист, то при этом его поршень выдвинется вниз. Если напряжение убрать — шток должен вернуться в исходное положение.
• Далее нужно проверить зазор в крайних выдвинутых положениях. Он должен быть не более 0,8 мм (можно воспользоваться металлическим щупом для проверки зазоров клапанов). Если он меньше, то клапан нужно прочистить по описанному выше алгоритму.После выполнения чистки электрическую и механическую проверки следует, а затем принимать решение о замене. повторить.

Ошибка фазорегулятора

В случае, если на Рено Меган 2 в блоке управления сформировалась ошибка DF080 (цепь изменения характеристики распределительного вала, обрыв цепи), то нужно в первую очередь проверить клапан по приведенному выше алгоритму. Если он работает нормально, то в таком случае необходимо «прозвонить» по цепи провода от фишки клапана до электронного блока управления.

Чаще всего проблемы возникают в двух местах. Первое — в жгуте проводов, которые идут с самого двигателя на блок управления двигателем. Второе — в самом разъеме. Если проводка целая, то смотрите разъем. Со временем пины на них разжимаются. Чтобы их поджать нужно выполнить следующие действия:

• снять пластиковый держатель с разъема (сдернуть вверх);
• после этого появится доступ к внутренним контактам;
• аналогично нужно демонтировать заднюю часть корпуса держателя;
• после этого поочередно достать через заднюю часть один и второй сигнальный провод (действовать лучше по очереди, чтобы не перепутать распиновку);
• на освободившейся клемме необходимо при помощи какого-то острого предмета нужно поджать клеммы;
• собрать все в исходное положение.

Основные характеристики двигателя qg16de

Параметр	Значение
Вид двигателя	Четырёхцилиндровый, шестнадцатиклапанный, с жидкостным охлаждением
шестнадцатиклапанный,
Рабочий объём двигателя	1597 см³
Тип грм	DOHC
Ход поршня	88 мм
Степень сжатия	9.5
Мощность	109 л.с. (при 6000 об. в мин.)
Крутящий момент	118 кг*м (при 4400 об. в мин.)
Топливо	АИ-92; АИ-95
Расход топлива при смешанном цикле	6,8-7,6 л

Описание основных параметров двигателя:

Мотор qg16de – это инжекторный четырёхцилиндровый двигатель. Объём всех цилиндров составляет 1597 см³. Номер двигателя выбит на его корпусе с правой стороны. У мотора один коленчатый вал, располагающийся на пяти опорных подшипниках. Вал проворачивают четыре поршня, расположенные в ряд. Поршни изготовлены из сплава алюминия. Зазор между поршнем и цилиндром корректируют два компрессионных кольца, чуть ниже располагается одно маслосъёмное кольцо. По специальным сверлениям в нижней головке шатуна струя масла дополнительно охлаждает поршни. Диаметр цилиндра составляет 76 мм, ход поршня – 88 мм. Как и у всех двс – предельно допустимый зазор между поршневыми кольцами и цилиндром – не более 0,25 мм. Корпус цилиндров изготовлен из высокопрочного чугуна. Головка блока изготовлена из алюминиевого сплава. В корпусе головки располагаются сёдла клапанов и их направляющие

Важно отметить, что впускные и выпускные клапана располагаются на противоположных сторонах друг от друга. Система газораспределения DOHC – наличие двух распределительных валов, расположенных в верхней части двигателя

По сравнению с другими моделями распредвалы прошли специальную полировку, что значительно повысило срок их службы. Оба вала вращает цепь грм, приводимая в движение звёздочкой коленчатого вала. Распредвалы поочерёдно давят на клапана через цилиндрические толкатели, обеспечивая своевременное их открытие и закрытие. В газораспределительном механизме имеется система изменения фаз газораспределения, позволяющая автоматически регулировать открытие и закрытие клапанов в зависимости от нагрузки на автомобиль и количества оборотов. Благодаря системе фаз газораспределения EGR повышается экономичной расходов топлива, снижаются токсические выбросы, более эффективно используется КПД двигателя. Жидкостное охлаждение закрытого типа, в качестве охлаждающей жидкости предпочтителен антифриз. Циркуляция обеспечивается специальным насосом, сконструированным специально для этой марки двигателя. За основу была взята помпа мотора GA16DE, после ряда модернизаций новый насос рассчитан на больший срок службы, чем его предшественник. Термостат обеспечивает циркуляцию антифриза по большому или малому кругу в зависимости от температуры жидкости. Охлаждение двигателя обеспечивается благодаря циркуляции антифриза по специальным выточенным каналам в корпусе и головке блока цилиндров. Объём системы охлаждения 6,7 литра. В задней части располагается маховик, изготовленный из чугуна. Как и у моторов предыдущего семейства, на его краю находится зубчатый венец, необходимый для зацепления со стартером. У моделей с автоматической коробкой передач вместо маховика установлен диск гидротрансформатора. Система зажигания состоит электронного блока управления (эбу), катушек зажигания и свечей. Катушки обеспечивают преобразование низковольтного напряжения в высоковольтное, под контролем эбу подают его на свечи. Система питания включает электрический топливный насос, расположенный в бензобаке, топливопроводы, регулятор давления топлива, форсунки, фильтры тонкой очистки топлива, а также воздушный фильтр и дроссельный узел. В выхлопной системе стоит лямбда зонд, постоянно контролирующий уровень токсических выбросов углекислого газа. Мотор крепится на четырёх мощных резиновых опорах – правой и левой, которые расположены вверху. Они несут на себе основную нагрузку. В нижней части агрегата располагается передняя и задняя опоры, которые гасят колебательные движения от трансмиссии.

Регулируемый шкив

Его еще называют «шкивом Верньера» или «разрезной шестеренкой». Обеспечивает точную настройку фаз газораспределения. Применяется для корректной настройки тюнинговых и спортивных распредвалов. При замене заводского распредвала на тюнинговый возникает необходимость точной его настройки, т.к. разворот кулачков, углы и другие параметры распредвала отличаются от заводских.

Для этих целей и служит регулируемый шкив распредвала. Регулировка осуществляется с помощью специального измерительного инструмента (микрометров) и заключается в точной установке значений перекрытия клапанов. Только такая точная настройка обеспечивает заявленные производителем распредвалов характеристики.