Влияние перекрытия фаз газораспределения на неравномерность работы двигателя на холостом ходу

Обслуживание

Так как система включает в себя фильтр, его рекомендуется менять. Регламент замены в среднем – 30 тысяч километров. Возможна также и чистка старого фильтра. Автолюбитель вполне может справиться с этой процедурой самостоятельно. Основной сложностью при этом будет поиск места установки самого фильтра. Большинство конструкторов размещают его в масляной магистрали от насоса до электромагнитного клапана. После демонтажа и аккуратной тщательной очистки фильтра CVVT необходимо провести его осмотр. Главное условие – целостность сетки и корпуса. Нужно помнить, что фильтр довольно хрупкий.

Без сомнения, система CVVT направлена на улучшение характеристик двигателя во всех режимах его работы. За счет наличия системы опережения и запаздывания открытия впускных клапанов двигатель имеет лучшую топливную экономичность и сниженные выбросы вредных веществ. Также она позволяет понизить обороты холостого хода без снижения устойчивости работы. Поэтому данная система используется всеми без исключения ведущими автопроизводителями.

Нарушение — фаза — газораспределение

Нарушение фаз газораспределения происходит из-за изменения зазоров в приводе клапанов.

Нарушение фаз газораспределения может быть следствием износа кулачков и шеек распределительного вала, зубьев распределительных шестерен.

Во избежание нарушения фаз газораспределения в пусковой период холодный зазор в рассматриваемом случае нужно сделать равным е 0 7 е0, где е0 — гарантийный зазор.

Реверсирование двигателя должно производиться без нарушения установленных фаз газораспределения , что обеспечивается специальной конструкцией распределительного механизма и наличием дополнительных устройств, призванных осуществлять правильное взаимодействие органов распределения в соответствии с заданным направлением вращения.

Однако при слишком больших зазорах происходит нарушение фаз газораспределения из-за недостаточного открытия клапанов, ухудшается наполнение и очистка цилиндров, возникают стуки в механизме привода клапанов.

Общими неисправностями газораспределительного механизма и привода топливных насосов являются нарушение фаз газораспределения и угла опережения подачи топлива в цилиндры. Они вызывают повышение жесткости работы шатунно-поршневой группы; неполное сгорание топлива и дымление; повышение температуры выпускных газов, прогар поршней; пригорание колец, газовоздушного тракта и турбокомпрессоров и ряд других нежелательных явлений.

Фазы газораспределения определяются профилем и расположением кулачков распределительного вала. Нарушение фаз газораспределения может иметь место при износе кулачков, неправильно отрегулированных клапанных зазорах, неверном соединении при сборке шестерен газораспределения.

В результате износа направляющей втулки и штока клапана увеличивается пропуск масла в камеры сгорания, а следовательно, и его расход. Износ фасок клапана и седла вызывает нарушение фаз газораспределения . В связи с этим после 1500 ч работы дизеля типа В-2 необходимо проверить регулировку фаз газораспределения ( моментов начала открытия и конца закрытия впускных и выпускных клапанов согласно диаграммам фаз газораспределения) и в случае необходимости подрегулировать механизм газораспределения.

Износ шестерен характеризуется выработкой рабочих поверхностей зубьев. Признаками выработки являются увеличение зазоров между зубьями, появление шума и стуков во время работы двигателя, а также нарушение фаз газораспределения . Шестерни, как правило, ремонту не подлежат и их заменяют новыми в тех случаях, когда зазор между зубьями ведомой и ведущей шестерен достигает величины, превышающей нормальный монтажный зазор в 2 5 — 3 раза, а также при наличии трещин, разработке паза под шпонку и других дефектов, вызывающих опасность разрушения шестерни.

В тех случаях, когда неисправность системы питания топливом приводит к обогащению рабочей смеси топливным газом, в отработавших газах увеличивается количество продуктов неполного сгорания в виде окиси углерода СО. В зависимости от того, как проходит рабочий процесс в цилиндре двигателя, в отработавших газах меняется количество водяных паров и окиси углерода. Кроме того, при нарушении фаз газораспределения или нарушении теплового процесса по каким-либо другим причинам, в отработавших газах может появиться и несгоревший топливный газ, например, метан СН4 и др. Следовательно, анализом состава отработавших газов можно оценить техническое состояние и качество работы системы питания топливом.

Образование смол и нерастворимых осадков в нефтяных топливах приводит к значительному ухудшению их эксплуатационных свойств. Нерастворимые осадки вызывают засорение фильтров и ухудшают прокачиваемость топ-лив, смолы увеличивают нагарообразование топлив, а при отложении на стенках топливных систем вызывают нарушение нормальной работы двигателя. Так, отложение смол в карбюраторных двигателях на штоках и тарелках впускных клапанов препятствует нормальной посадке клапанов в гнездах и вызывает их зависание, что ведет к уменьшению давления в камерах сгорания и к нарушению фаз газораспределения .

Источник

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:

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:

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.

Сущность и роль фаз газораспределения

На данный момент существуют двигатели, в которых фазы не могут изменяться принудительно, и двигатели, оснащенные механизмами (например, CVVT). Для первого типа двигателей фазы подбираются эксперементально при конструировании и расчете силового агрегата.

Нерегулируемые и регулируемые фазы газораспределения

Визуально все они отображаются на специальных диаграммах фаз газораспределения. Верхняя и нижняя мертвые точки (ВМТ и НМТ соответственно) представляют собой крайние позиции поршня, движущегося в цилиндре, которые соответствуют наибольшему и наименьшему расстоянию между произвольной точкой поршня и осью вращения коленвала мотора. Точки начала открытия и закрытия клапанов (длина фазы) показываются в градусах и рассматриваются относительно вращения коленчатого вала.

Управление фазами осуществляется при помощи (ГРМ), который состоит из следующих элементов:

• кулачковый распредвал (один или два);
• ;
• цепной или ременной привод от коленвала к распредвалу.

Газораспределительный механизм

всегда состоит из тактов, каждому из которых соответствует определенное положение клапанов на впуске и выпуске. Таким образом, начало и конец фазы зависят от угла положения коленвала, который связан с распределительным валом, управляющим положением клапанов.

Круговая диаграмма фаз газораспределения

Работу фаз газораспределения для четырехтактного двигателя рассмотрим на следующем примере (см. картинку):

1. Впуск. На этом этапе поршень движется от ВМТ к НМТ, а коленвал поворачивается на 180º. Осуществляется закрытие выпускного клапана и последующее открытие впускного. Последние происходит с опережением на 12º.
2. Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, а коленвал совершает еще один поворот на 180º (360º от начального положения). Выпускной клапан остается в закрытом положении, а впускной остается открытым, пока коленвал не повернется на 40º.
3. Рабочий ход. Поршень идет от ВМТ к НМТ под действием силы воспламенения топливовоздушной смеси. Впускной клапан находится в закрытом положении, а выпускной открывается с опережением, когда коленвал еще не дошел 42º до НМТ. На этом такте полный поворот коленвала составляет также 180º (540º от начального положения).
4. Выпуск. Поршень идет от НМТ к ВМТ и при этом выталкивает отработавшие газы. В этот момент впускной клапан закрыт (откроется за 12º до ВМТ), а выпускной остается в открытом положении и после достижения коленвалом ВМТ еще на 10º. Общая величина поворота коленвала на этом такте также 180º (720º от начальной точки).

Фазы грм также зависят от профиля и позиции кулачков распредвала. Так, если они одинаковы на впуске и выпуске, то длительность открытия клапанов также будет одинакова.

Фазы газораспределения четырехтактного двигателя

Для лучшего наполнения цилиндров свежим зарядом и наиболее полной очистки их от отработавших газов моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях не совпадают с положениями поршней в ВМТ и НМТ, а происходят с определенным опережением или запаздыванием. Иначе говоря, впускной клапан может закрываться после того, как поршень пройдет НМТ, а выпускной — закрываться после ВМТ.

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах, соответствующих величинам углов поворотов кривошипа коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения. Фазы газораспределения могут быть нанесены на круговую диаграмму, называемую диаграммой газораспределения, как показано на рисунке 4.11.

Пожалуй, будет проще показать это на примере. Так, если говорят, что клапан открывается за 5 градусов до ВМТ, значит клапан начал открываться в то время, когда кривошип коленчатого вала, к которому присоединен шатун поршня, находился за 5 градусов до верхней мертвой точки.

Рисунок 4.11 Диаграмма газораспределения четырехтактного двигателя.

Впускной клапан начинает открываться немного раньше, чем поршень придет в ВМТ. При этом к началу хода поршня вниз при такте впуска клапан уже немного откроется. Опережение открытия впускного клапана для двигателей разных моделей колеблется в разных диапазонах. Зачастую закрытие впускного клапана происходит с определенным запаздыванием, когда поршень перейдет НМТ и начнет двигаться вверх. При этом некоторое время после перехода НМТ, несмотря на начавшееся незначительное движение поршня вверх, заполнение цилиндра зарядом будет продолжаться вследствие некоторого разрежения, еще имеющегося в цилиндре, а также вследствие инерции заряда, движущегося во впускном трубопроводе.

Примечание
Однако стоит отметить, что существует как минимум два цикла, именуемых циклами Миллера и Аткинсона, при которых впускной клапан закрывается не так, как на обычных ДВС.

Таким образом, время открытия впускного клапана больше времени, в течение которого происходит полуоборот вала; продолжительность впуска при этом увеличивается, и цилиндр более полно заполняется свежим зарядом.

Выпускной клапан открывается раньше прихода поршня в НМТ.

При этом газы, находясь в цилиндре под большим давлением, быстро начинают выходить наружу, несмотря на то, что поршень еще движется вниз. Затем поршень, пройдя НМТ и двигаясь к ВМТ, будет выталкивать оставшиеся в цилиндре газы. Выпускной клапан закрывается тогда, когда поршень перейдет ВМТ. Несмотря на то, что поршень начнет уже немного опускаться вниз, газы будут продолжать выходить из цилиндра по инерции и вследствие отсасывающего действия потока газов, движущихся в выпускном трубопроводе. Таким образом, время открытия выпускного клапана больше времени, в течение которого происходит полуоборот вала, и цилиндр лучше очищается от отработавших газов.

Примечание
Угол поворота кривошипа, соответствующий положению, при котором впускной и выпускной клапаны одновременно открыты, называется углом перекрытия клапанов. Вследствие незначительности этого угла и ничтожной величины зазора между клапанами и гнездами, возможность утечки горючей смеси исключена. Перекрытие клапанов необходимо для дополнительной продувки цилиндра с целью лучшей наполняемости свежим зарядом.

Некоторое уменьшение давления газов на поршень, происходящее при рабочем ходе вследствие раннего открытия выпускного клапана, и потеря части работы газов при этом восполняются тем, что поршень, движущийся при такте выпуска вверх, не испытывает большого сопротивления от газов, оставшихся в небольшом количестве в цилиндре.

Фазы газораспределения и круговая диаграмма газораспределения двигателя

содержание   .. 

10 

11 

12 
13 
14 

15 
16 
17 
18 
19  20  ..

12.

Фазы газораспределения
и круговая диаграмма газораспределения двигателя

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°
из-за того, что моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положениями
поршня в верхней и нижней мертвых точках. Так у двигателей заднеприводных
автомобилей ВАЗ, впускной клапан открывается в конце такта выпуска до прихода
поршня в ВМТ с опережением на 12° (рис. 2.23, а) и 33° (рис. 2.23, б) у
двигателей переднеприводных автомобилей ВАЗ, а закрывается в начале такта сжатия
после прихода поршня в НМТ с запаздыва­нием соответственно на 40 и 79°.

Рис. 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°.

13. Назначение,
классификация систем питания поршневых двигателей их конструктивные особенности.

13.1. Характеристика
системы питания двигателей

           Системой
питания называется совокупность
приборов и устройств, обеспечивающих подачу топлива и воздуха к цилиндрам
двигателя и отвод от цилиндров отработавших газов. Система питания служит для
приготовления горючей смеси, необходимой для работы двигателя.

         Горючей
называется смесь топлива и
воздуха в определенных пропорциях.

 Двигатели автомобилей
работают на рабочей смеси.

         Рабочей
называется смесь топлива,
воздуха и отработавших газов, образующаяся в цилиндрах при работе двигателя.

В зависимости от места и
способа приготовления горючей смеси двигатели автомобилей могут иметь различные
системы питания (рис. 37).

Рис. 37.Типы систем питания

В ДВС применяются: система
приготовления горючей смеси в карбюраторе; система приготовления горючей смеси
во впускном трубопроводе; в цилиндре ДВС. Система питания с приготовлением
горючей смеси в специальном приборе — карбюраторе применяется в бензиновых
двигателях, которые называются карбюраторными.

        Система питания с
приготовлением горючей смеси во впускном трубопроводе также применяется в
бензиновых двигателях. Для приготовления горючей смеси в быстро движущийся поток
воздуха во впускном трубопроводе под давлением из форсунок впрыскивается
мелкораспыленное топливо. Топливо перемешивается с воздухом, и образованная
горючая смесь поступает в цилиндры двигателя.

            Система питания с
приготовлением горючей смеси непосредственно в цилиндрах двигателя применяется
как в дизелях, так и в бензиновых двигателях.  Приготовление горючей смеси
происходит внутри цилиндров двигателя путем впрыска из форсунок под давлением
мелкораспыленного топлива в сжимаемый в цилиндрах воздух. При этом, если в
дизелях происходит самовоспламенение образованной рабочей смеси от сжатия, то в
бензиновых двигателях рабочая смесь в цилиндрах воспламеняется принудительно от
свечей зажигания.

содержание   .. 

10 

11 

12 
13 
14 

15 
16 
17 
18 
19  20  ..

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.