Фазы и механизм газораспределения — как это работает и на что влияет

Работа газораспределительного механизма

Работа системы газораспределения поделена на четыре фазы:

1. Впрыск топлива в камеру сгорания цилиндра.
2. Сжатие.
3. Рабочий ход.
4. Удаления газов из камеры сгорания цилиндра.

Рассмотрим подробнее принцип действия газораспределительного механизма.

1. Подача топлива в камеру сгорания цилиндра происходит за счет движения коленвала, который передает свое усилие на поршень и он начинает движения из так называемой ВМТ (это точка, выше которой поршень не поднимается) в НМТ (это точка, соответственно, ниже которой поршень не опускается). При этом движении поршня одновременно открывается впускной клапан и топливно-воздушная смесь заполняет камеру сгорания цилиндра. Впрыснув положенное количество топливно-воздушной смеси клапан закрывается. При этом коленвал поворачивается на 180 градусов от своего начального положения.
2. Сжатие. Дойдя до НМТ поршень продолжает свое движение. Меняя свое направление в ВМТ, в этот момент в цилиндре и происходит сжатие топливно-воздушной смеси. При подходе поршня к высшей точке фаза сжатия заканчивается. Коленчатый вал продолжает свое движения и поворачивается на 360 градусов. И на этом фаза сжатия закончена.
3. Рабочий ход. Воздушно-топливная смесь воспламеняется свечей зажигания, когда поршень находится в высшей точке цилиндра. При этом достигается максимальный момент сжатия. Затем поршень начинает двигаться к нижней точке цилиндра, так как на поршень оказывают огромное давление газы, образовавшиеся при горении воздушно-топливной смеси. Это движение и есть рабочий ход. При опускании поршня до НМТ фаза рабочего хода считается завершенной.
4. Удаления газов из камеры сгорания цилиндра. Поршень движется к высшей точке цилиндра, все это происходит при усилии, которое оказывает коленчатый вал газораспределительного механизма двигателя. При этом открывается выпускной клапан и поршень начинает избавлять камеру сгорания цилиндра от газов, которые образовались после сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания цилиндра. После достижения высшей точки и освобождения ее от газов. Поршень начинает свое движение в низ. Когда поршень доходит да НМТ, то рабочая фаза удаления газов из камеры сгорания цилиндра считается законченной, а коленчатый вал совершает оборот на 720 градусов от своего начального положения.

Для точной работы клапанов газораспределительной системы происходит синхронизация с работой коленчатого вала двигателя.

Баланс фаз газораспределения

Сейчас многие могут сказать — ну круто, нужно дольше делать перекрытие клапанов. Почему короткий промежуток? Ведь продувка лучше, наполняемость больше, мощность растет.

Но не все так просто. Если взять рядовые автомобили, со старыми технологиями, где нет фазорегуляторов, то здесь делают усредненные значения – как для высоких, так и для низких оборотов.

Смотрите в чем смысл:

Если сделать большое перекрытие клапанов. То есть впускные клапана будут открываться намного больше и раньше, как собственно и выпускные. То на низких оборотах такой двигатель будет работать нестабильно или даже вообще будет глохнуть. НО почему? Да все просто — отработанные газы смогут выходить во впуск и там смешиваться с новой топливной смесью, обедняя ее, ведь большого потока нет! Таким образом работать мотор на низах будет хуже. Однако на высоких оборотах продувка будет действительно лучше.

Однако если у вас есть фазовращатели, либо один (обычно на впуске), либо два (впуск и выпуск). Тогда вы можете менять фазы исходя из ваших потребностей.

Простыми словами:

• Когда обороты низкие. То перекрытие вообще нет, либо оно минимально, ибо нет потребности — переваривать большое количество воздушно-топливной смеси
• Когда обороты средние или тем более высокие. Тогда «фазовращатели» могут менять угол, делая фазы больше, и перекрытие также больше. Тогда продувка и наполняемость будут лучше.

Как видите все очень просто.

Сейчас современные иномарки идут как минимум с одной фазокрутилкой (на впуске). Этот мотор при высоких оборотах получается мощнее и зачастую экономичнее.

Система на основе гидроуправляемой муфты

Широкое распространение получили системы изменения фаз газораспределения, принцип работы которых основан на осуществлении поворота распредвала. К таким схемам управления фазами газораспределения относят: японскую систему VVT-i, Dual VVT-i, решение немецкого концерна BMW под названием VANOS, Double VANOS, схему VVT от Volkswagen, управление фазами газораспределения VTEC от Honda, систему CVVT брендов Hyundai, Kia и концерна GM, регулировку фаз VCP от Renault и т.д.

Работа указанных выше систем основывается на небольшом повороте распредвала по ходу его вращения. Такой способ позволяет добиться раннего открытия клапанов сравнительно с их базовым начальным положением. Данный тип систем изменения фаз газораспределения конструктивно состоит из специальной муфты, которая управляется гидравлическим способом, а также дополнительной системы управления указанной муфтой. Гидроуправляемая муфта среди автомехаников получила название фазовращатель.

Поворот распредвала осуществляется при помощи электроники управления и гидравлики, а сама система чаще всего затрагивает только впускные клапаны. Рост оборотов ДВС приводит к тому, что фазовращатель осуществляет проворот распредвала по ходу его вращения, впускные клапана открываются раньше и цилиндры намного более эффективно наполняются рабочей смесью в режиме высоких оборотов.

Получается, гидроуправляемая муфта реализует поворот распредвала ГРМ. Данная муфта конструктивно включает в себя:

• ротор, который соединен с распредвалом;
• корпус, которым выступает шкив привода распредвала;

В определенные полости, которые расположены между ротором и корпусом-шкивом, попадает моторное масло из системы смазки ДВС. Масло в муфту подается по особым каналам. Когда моторное масло заполняет одну или другую полость муфты, осуществляется поворот ротора по отношению к корпусу. Этот поворот ротора означает, что и распределительный вал будет повернут на необходимый угол.

Чаще всего местом установки гидроуправляемой муфты становится привод того распределительного вала, который отвечает за работу впускных клапанов. Встречаются также конструкции ДВС, когда подобные муфты-фазовращатели стоят как на впускном распредвале, так и на выпускном. Данное решение позволяет  шире и эффективнее регулировать параметры работы ГРМ на впуске и выпуске, но усложняет механизм.

Электронное управление автоматически регулирует работу гидроуправляемой муфты. Система такого управления включает в себя:

• группу входных датчиков;
• электронный блок управления;
• список исполнительных устройств;

Система управления получает показания от датчика Холла, который производит оценку положения распредвалов. Дополнительно задействованы  и другие датчики, которые используются ЭБУ для управления работой всего двигателя.

К таковым относят датчик, измеряющий частоту вращения коленвала, температурный датчик охлаждающей жидкости (ОЖ), датчик расхода воздуха и другие. Сигналы от этих датчиков подаются в ЭБУ, который после отправляет соответствующий сигнал на  специальное управляющее (исполнительное) устройство.

Таким устройством, на которое воздействует электронный блок управления двигателем, является электромагнитный клапан (электрогидравлический распределитель). Клапан представляет собой распределитель, который при необходимости открывает доступ потоку моторного масла к гидроуправляемой муфте, а также реализует отвод масла от фазовращателя. Это зависит от того, в каком режиме работает силовой агрегат.

Данная схема изменения фаз газораспределения с использованием муфты задействуется в момент работы двигателя на холостом ходу, (мотор работает на самых низких оборотах), в режиме максимальной мощности на высоких оборотах, а также в том режиме, когда осуществлен выход ДВС на максимум крутящего момента.

ЗМЗ-406.Замена распределительных валов

Схема установки и клеймения крышек распределительных валов

I – передняя крышка; II – вал впускных клапанов; III – вал выпускных клапанов.

Снимаем наконечники со свечей зажигания вместе с высоковольтными проводами.

Снимаем катушки зажигания (см. Проверка и замена катушек зажигания). Катушки можно оставить на крышке, отсоединив от них низковольтные провода. Отсоединяем от карбюратора тросы привода дроссельных и воздушной заслонок (см. Снятие карбюратора). Снимаем решетку и верхнюю панель облицовки радиатора (см. Снятие решетки облицовки радиатора и Снятие верхней панели облицовки радиатора). Отсоединяем провода от датчиков температуры и давления масла (см. Замена датчиков указателя температуры, Замена датчиков давления масла) отгибаем скобы крепления проводов…

…и снимаем провода с двигателя.

Ослабляем хомут и отсоединяем малый шланг системы вентиляции картера.

Ключом «на 12» отворачиваем восемь болтов крепления крышки головки блока.

Проворачивая коленчатый вал головкой «на 36», выставляем его в положение ВМТ такта сжатия первого цилиндра, (риска на шкиве коленчатого вала должна совпасть с выступом на передней крышке блока цилиндров,…

…а метки на звездочках распределительных валов должны быть развернуты в противоположные стороны и находиться на уровне верхней кромки головки блока.

ВНИМАНИЕ о время дальнейшей работы не проворачивайте коленчатый вал. Для удобства снимаем топливный насос (см

Снятие топливного насоса двигателя ЗМЗ-4063) и, не отсоединяя шлангов, отводим его в сторону (можно оставить топливный насос на крышке)

Для удобства снимаем топливный насос (см. Снятие топливного насоса двигателя ЗМЗ-4063) и, не отсоединяя шлангов, отводим его в сторону (можно оставить топливный насос на крышке).

Ключом «на 12» отворачиваем четыре болта (два нижних — короткие).

Снимаем переднюю крышку головки блока цилиндров.

. и уплотнительную прокладку.

Шестигранным ключом «на 6» отворачиваем два винта…

…и снимаем верхний успокоитель верхней цепи.

Тем же ключом отворачиваем два винта крепления среднего успокоителя.

Ослабляем натяжение цепи на участке около среднего успокоителя, повернув вал выпускных клапанов по часовой стрелке ключом «на 17» за болт крепления звездочки (или ключом «на 30» за четырехгранник выполненный на валу).

Снимаем средний успокоитель.

Удерживая вал выпускных клапанов ключом «на 30», ключом «на 17» отворачиваем болт крепления звездочки.

Снимаем звездочку с вала выпускных клапанов.

Аналогично отворачиваем болт крепления звездочки вала впускных клапанов.

Снимаем эксцентрик привода топливного насоса…

…и звездочку вала впускных клапанов.

Головкой «на 12» отворачиваем четыре болта крепления передней крышки распределительных валов.

Снимаем переднюю крышку…

…и пластиковые вкладыши ограничения осевого перемещения распределительных валов.

Головкой «на 12» последовательно по пол-оборота ослабляем затяжку болтов крепления крышек распределительного вала до тех пор, пока пружины клапанов не перестанут поджимать валы.

Окончательно отворачиваем болты и снимаем крышки.

Снимаем распределительный вал.

Аналогично снимаем второй распределительный вал. Перед установкой распределительных валов смазываем моторным маслом их опорные шейки, кулачки, а также постели в головке и крышках.

Вал выпускных клапанов устанавливаем штифтом направо (глядя спереди), а впускных — штифтом вверх. При этом валы находятся в устойчивом положении (для наглядности шланг радиатора снят).

Распределительные валы впускных и выпускных валов взаимозаменяемые, но.

ВНИМАНИЕ Обратите внимание на правильное положение штифтов в отверстиях фланцев распределительных валов. Каждую крышку устанавливаем на свое место, согласно порядковому номеру, выбитому на ней

Каждую крышку устанавливаем на свое место, согласно порядковому номеру, выбитому на ней.

Крышки ориентируем так, чтобы выбитая на них цифра была обращена к наружной стороне головки.

Замена ГРМ

Фаза газораспределения — это период от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала и отмечаются по отношению к начальным или конечным моментам соответствующих тактов.Задача механизма газораспределения — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От того, насколько грамотно подобраны фазы газораспределения,зависит экономичность мотора, мощность и развиваемый момент В большинстве двигателей фазы меняться не могут и работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Из-за этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

Для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

При работе на максимальной мощности ситуация меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить эту задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими.

При разработке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на компромиссы. Посудите сами.С одними и теми же фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным.

Изменяемые фазы газораспределения.

Если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя?

Один из способов это применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами.

Например, в тойотовской системе VVTL-i после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в 6000—6500 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

А если попробовать изменять высоту подъёма? Такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. Экономия от применения системы бездроссельного управления составляет от 8% до 15%, прирост мощности в пределах 5—15 %. Несмотря на то, что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать выше — за счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод заменяется электромагнитным.

В чём плюс электромагнитного привода? Подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Делается это в целях экономии, например, на холостом ходу или при торможении двигателем. Даже во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный.

Если Вам понравился материал, поставьте, пожалуйста, лайк в вашей социальной сети.

Как определить необходимость наладки клапанов на ВАЗ-2107

Возвращаясь к автомобилю российского автопрома ВАЗ-2107, следует отметить, что выпуск инжекторных модификаций двигателей был начат в 2006 году. С 1982 года по 2006 год «семёрки» оснащались карбюраторной системой впрыска.

Оба вида двигателей хотя и имеют некоторые конструктивные отличия, но обязательно нуждаются в отладке клапанов. Производители рекомендуют выполнять диагностику по регулировке клапанов на всех автомобилях через каждые 20-35 тысяч км пробега. Однако многие автовладельцы прибегают к проведению этой процедуры только тогда, когда появляется посторонний шум при работе мотора.

На ВАЗ-2107 проводить регулировку следует гораздо раньше, так как нарушение зазора – это болезнь отечественных автомобилей. Согласно предписанию производителя – это значение составляет 15-20 тысяч км пробега.

Это интересно! В регулировке клапанов нуждаются не все двигатели внутреннего сгорания. Если в автомобиле установлены гидрокомпенсаторы, то необходимость в периодической регулировке клапанов отсутствует.

Гидрокомпенсатором называют устройство, которое автоматически осуществляет регулировку тепловых зазоров клапанов. Такими устройствами оснащаются современные автомобили, поэтому на ВАЗ-2107 с завода такие детали не устанавливались. Их можно установить самостоятельно, однако это хлопотно и достаточно дорого.

Определить необходимость проведения регулировки тепловых зазоров клапанов можно по обнаружению следующих характерных признаков:

1. Посторонние шумы при работе двигателя. Это звонкие щелчки или «цоканье», которые обычно отчетливо проявляются при резком нажатии на педаль газа.
2. Двигатель начинает «троить», что обусловлено снижением компрессии или вовсе её исчезновением.
3. Увеличение расхода топлива без соответствующих на то причин.
4. Снижается динамика при разгоне.

Особое внимание следует обращать на металлический звонкий стук, который является главным признаком, а всё остальное – это косвенные симптомы. В видеоролике показано, что же представляет собой металлический стук клапанов. При возникновении таковых признаков, нужно провести диагностику, и при необходимости выполнить регулировку клапанов

Если пробег автомобиля ВАЗ-2107 составляет больше 20 тысяч км, но при этом отсутствуют признаки неисправности механизма ГРМ, то следует руководствоваться принципу «не навреди». Если мотор функционирует нормально, и признаки нарушения зазоров отсутствуют, то не стоит торопиться снимать крышку клапанов. Известны случаи, когда «семёрки» карбюраторные и инжекторные «ходили» свыше 30 тысяч км пробега, и не нуждались в регулировке. Отсюда вывод, что необходимость в проведении процедуры возникает в зависимости от характера эксплуатации транспортного средства

При возникновении таковых признаков, нужно провести диагностику, и при необходимости выполнить регулировку клапанов. Если пробег автомобиля ВАЗ-2107 составляет больше 20 тысяч км, но при этом отсутствуют признаки неисправности механизма ГРМ, то следует руководствоваться принципу «не навреди». Если мотор функционирует нормально, и признаки нарушения зазоров отсутствуют, то не стоит торопиться снимать крышку клапанов. Известны случаи, когда «семёрки» карбюраторные и инжекторные «ходили» свыше 30 тысяч км пробега, и не нуждались в регулировке. Отсюда вывод, что необходимость в проведении процедуры возникает в зависимости от характера эксплуатации транспортного средства.

Процедура регулировки на ВАЗ-2107 не представляет никаких трудностей, поэтому каждый автовладелец сможет справиться с этой задачей самостоятельно

При проведении процедуры важно знать, какая система подача топлива установлена на автомобиле ВАЗ-2107, так как для инжектора и карбюратора методика имеет незначительные отличия

Это интересно! Если вы устали регулировать тепловые зазоры клапанов на «семёрке», то альтернативный вариант – это установка ГБЦ с гидрокомпенсаторами для ВАЗ-2107. Несмотря на высокую стоимость, многие автовладельцы прибегают к самостоятельной установке гидрокомпенсаторов.

Принцип работы

Принцип работы данных систем основан на повороте распределительного вала по ходу вращения, чем достигается раннее открытие клапанов по сравнению с исходным положением.

Конструкция системы изменения фаз газораспределения данного типа включает гидроуправляемую муфту и систему управления этой муфтой.

Гидроуправляемая муфта (обиходное название фазовращатель) непосредственно осуществляет поворот распределительного вала. Муфта состоит из ротора, соединенного с распределительным валом, и корпуса, в роли которого выступает шкив привода распределительного вала. Между ротором и корпусом имеются полости, к которым по каналам подводится моторное масло. Заполнение той или иной полости маслом обеспечивает поворот ротора относительно корпуса и соответственно поворот распределительного вала на определенный угол.

В большинстве своем гидроуправляемая муфта устанавливается на распределительный вал впускных клапанов. Для расширения параметров регулирования в отдельных конструкциях муфты устанавливаются на впускной и выпускной распределительные валы.

Система управления обеспечивает автоматическое регулирование работы гидроуправляемой муфты. Конструктивно она включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства. В работе системы управления используются датчики Холла, оценивающие положения распределительных валов, а также другие датчики системы управления двигателем: частоты вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости, расходомер воздуха. Блок управления двигателем принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительное устройство — электрогидравлический распределитель. Распределитель представляет собой электромагнитный клапан и обеспечивает подвод масла к гидроуправляемой муфте и отвод от нее в зависимости от режимов работы двигателя.

Система изменения фаз газораспределения предусматривает работу, как правило, в следующих режимах:

• холостой ход (минимальные обороты коленчатого вала);
• максимальная мощность;
• максимальный крутящий момент.

Другая разновидность системы изменения фаз газораспределения построена на применении кулачков различной формы, чем достигается ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов. Известными такими системами являются:

• 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;
• Valvelift System от Audi.

Данные системы имеют, в основном, схожую конструкцию и принцип действия, за исключением Valvelift System. К примеру, одна из самых известных система VTEC включает набор кулачков различного профиля и систему управления.

Распределительный вал имеет два малых и один большой кулачок. Малые кулачки через соответствующие коромысла (рокеры) соединены с парой впускных клапанов. Большой кулачок перемещает свободное коромысло.

Система управления обеспечивает переключение с одного режима работы на другой путем срабатывания блокирующего механизма. Блокирующий механизм имеет гидравлический привод. При низких оборотах двигателя (малой нагрузке) работа впускных клапанов производится от малых кулачков, при этом фазы газораспределения характеризуются малой продолжительностью. При достижении оборотов двигателя, определенного значение система управления приводит в действие блокирующий механизм. Коромысла малых и большого кулачков соединяются с помощью стопорного штифта в одно целое, при этом усилие на впускные клапаны передается от большого кулачка.

Другая модификация системы VTEC имеет три режима регулирования, определяемые работой одного малого кулачка (открытие одного впускного клапана, малые обороты двигателя), двух малых кулачков (открытие двух впускных клапанов, средние обороты), а также большого кулачка (высокие обороты).