Що таке фази газорозподілу
Мотори працюють на бензині, газі, спирті або дизельному паливі - по 2 або 4-тактний циклу. І в будь-якому випадку їх характер сильно залежить від того, що називають фазами газорозподілу. Так з чим же їх їдять? Навіщо потрібно регулювати фази? Давайте подивимося.
Від того, як ми дихаємо, залежить багато чого в нашому житті. Та й саме життя; в світі д.в.с. приблизно так само. Візьмемо 1,5-літровий ВАЗОВСКИЙ 16-клапанник; хочете, щоб він тягнув на V при 600 хв -1. Для приколу. Питання вибору фаз газорозподілу: підберемо профіль кулачків впускного распредвала так, щоб впуск починався приблизно на 24 ° (по куту повороту колінчастого валу) після в.м.т. Кулачки зробимо настільки «тупими», що клапани піднімаються тільки на 3 мм, а закінчується впуск десь на 6 ° після н.м.т.
Початок випуску регулюємо на 12 ° до н.м.т. а закриваються випускні клапани нехай якраз в в.м.т .; їх підйом залишаємо «за штатом». Градуси і міліметри підйому клапанів і є ті самі фази: раніше, пізніше.
Перевірте експериментально: при правильному налаштуванні запалювання і вприскування пального модифікована «четвірка» покаже найбільший обертовий момент в 75-80 Нм - десь на 6 сотнях оборотів! Максимальна потужність - 10-12 к.с. при 1500 хв -1; вибачайте. Однак мотор і справді потягне від самих «низів» - як (маленька) парова машина. Шкода тільки, ні оборотів, ні потужності він не розвиває.
Не подобається ... Зайдемо з іншого кінця: профіль кулачків такий, що впуск починається на 90 ° до в.м.т. а закінчується на 108 ° після н.м.т; підйом - до 14 мм. Є різниця? І випуск теж: початок на 102 ° до н.м.т. завершення - на 96 ° після в.м.т. Як стверджують фахівці, перекриття випуску і впуску - 186 ° по куту повороту коленвала! І що? Дивіться: з правильною настроюванням запалювання і вприскування [А також з тарілками клапанів збільшеного діаметру, розточеними і відполірованими впускними і випускними каналами ...] ваш 1,5-літровий ВАЗ видасть щось на зразок 185 Нм крутного моменту - під ... 11 тис. Обертів! А при 13500 хв -1 розвине близько 330 к.с. - без жодного наддуву. Звичайно, якщо витримають ГРМ і кривошипно-шатунний механізм (навряд чи). Років 40 тому таку потужність показував хороший 3-літровий двигун Формули 1 ... Правда, нижче 6000 хв -1 форсований ВАЗ виявиться зовсім мертвим [Обороти «холостого» ходу доведеться виставляти десь на 3500 хв -1 ...]; його робочий діапазон - 9-14 тис. оборотів.
А чому так? З «низами» все зрозуміло: по-перше, вкрай пізніше закриття випускних і раннє відкриття впускних клапанів (перекриття) ведуть до того, що в циліндр натягує багато відпрацьованих газів від попереднього циклу. Топлівововоздушная суміш нікудишня, пропуски спалахів. По-друге, пізніше закриття впускних клапанів означає, що поршень на ході стиснення виштовхне добру половину суміші назад у впускні канали. Звідки тут крутний момент ...
На «верхах» навпаки: широкі фази газорозподілу дозволять на всі 100% мобілізувати резонанс газових потоків на впуску і випуску, - як кажуть, акустичний наддув. При правильному підборі довжин і перетинів (індивідуальних) впускних і випускних патрубків, коефіцієнт наповнення циліндрів досягне в зоні 11 тис. Обертів рівня 1,25-1,35; отримаєте шукані 185 Нм.
Ось що таке фази газорозподілу: вони задають газообмін д.в.с. - впуск-випуск. А газообмін визначає все інше: протікання крутного моменту, оборотність двигуна, його максимальну потужність, еластичність ... На парі прикладів видно, як сильно змінюється характер одного і того ж мотора в залежності від фаз. Тут же виникає думка: фази газорозподілу потрібно регулювати - прямо на ходу. І тоді під капотом вашого авто виявиться не один-єдиний движок - на всі випадки життя, а безліч неоднакових!
Як вчив кращий друг автомобілістів, «кадри вирішують все». Перефразовуючи відомий вислів, приймемо, що все вирішують фази (газорозподілу). Генералісимус вмів регулювати кадрові питання, а моторобудівники завжди прагнули керувати фазами.
Фазовращеніе
Легко сказати, але важко зробити; у 4-тактного двигуна фази газорозподілу задані профілем кулачків (з високоміцної загартованої сталі). Змінювати його по ходу - завдання не з простих. Однак дещо вдається зробити навіть і з незмінним профілем, - скажімо, зрушувати распредвал по куту повороту колінчастого валу. Вперед назад; тобто, тривалість впуску залишається незмінною (у 2-му прикладі - 378 °), проте він і починається, і закінчується раніше. Припустимо, впускні клапани відкриваються тепер на 120 ° до в.м.т. і закриваються на 78 ° після н.м.т. Так би мовити, на «раніше-раніше». Або навпаки - на «пізніше-пізніше»: впуск починається на 78 ° до в.м.т. і закінчується на 120 ° після н.м.т.
Таке рішення (для впуску) вперше застосували у ALFA Romeo на 2-літрової 8-клапанною «четвірці» Twin spark [Зрозуміло, що фазовращеніе може бути застосовано, коли впускні і випускні клапани приводяться 2-я окремими розподільчими; в середині 80-х Twin spark представляв собою одну з рідкісних конструкцій DOHC. А з тих пір 2 вала в голівці циліндрів набули широкого поширення - саме заради фазовращенія.] - ще в 1985 році. Його називають фазовращеніем і застосовують (на впуску і / або на випуск) досить широко. І що воно дає? Трохи, але все ж краще, ніж нічого. Так, при холодному пуску двигуна з каталітичним нейтралізатором випускний распредвал повертають на випередження. Випуск починається рано, і на нейтралізатор йдуть відпрацьовані гази підвищеної температури; він швидше прогрівається до робочого стану. В атмосферу викидається менше шкідливих речовин.
Або їдете ви рівномірно зі швидкістю 90 км / год, від мотора потрібні лише 10% його максимальної потужності. Значить, дросельна заслінка сильно прикрита; підвищені насосні втрати, перевитрата палива. А якщо сильно зрушити впускний распредвал на «пізніше-пізніше», то частина (припустимо, 1/3) топлівововоздушной суміші викидається на ході стиснення назад у впускний колектор [Не турбуйтеся, вона нікуди не дінеться. Так званий «5-тактний» цикл.]. Крутний момент і потужність двигуна знижуються (до потрібного за умовами руху рівня) без зайвого дросселирования на впуску. Тобто, дросельна заслінка хоча і прикрита, але не так сильно, насосні втрати значно менше. Економія бензину - і дещо ще; хіба не варто того?
Можливості фазовращенія обмежені тим, що як то кажуть, «хвіст витягнув - ніс загруз». Коли ви зменшуєте випередження відкриття клапанів, рівно на стільки ж збільшується запізнювання закриття.
Час від часу не легше. Ось якщо якимось чином змінювати тривалість впуску-випуску ... Припустимо, у 2-му прикладі скорочувати її, - коли треба, - з 378 до 225 °. Двигун зможе нормально працювати також і «на низах» - без втрати потужності «на верхах».
Здійснюються мрії: пройшло 4 роки після появи Twin spark з фазовращеніем, і Honda Motor показала 1,6-літровий 16-клапанник В16A з революційним VTEC. Двигун оснащувався - вперше в історії - 2-режимним клапанним механізмом (на впуску і випуску); процес пішов. Однак іноді доводиться чути: подумаєш, VTEC - всього 2 режими. А у мотора моєї «королли» фази регулюються безступінчатий - континуум режимів. Ну да, - якщо не бачити дві великі різниці ...
В нашій сонячній країні прийнято чомусь двічі на рік катувати людей переведенням стрілок на годину - на «раніше-раніше» навесні і на «пізніше-пізніше» восени. Бог їм суддя, мова про інше. Переводити стрілки технічно нескладно не лише на годину кожні півроку, але і хоч кожен день по хвилині. Так би мовити, безступінчатий. Фазовращеніе подібно переведення годинників - і ефект приблизно такий же.
А змінювати тривалість світлового дня не пробували? Хай не безступінчатий, тільки два режими, - скажімо, 9 годин і 12? Так ось, хондовские інженери знайшли рішення задачі такого класу; відчуйте різницю. Припустимо, в «нижньому» режимі тривалість впуску - 186 ° (по куту повороту коленвала), а в «верхньому» - 252 °. Радикальна зміна умов газообміну: під капотом як би два неоднакових мотора. Один еластичний і тяговітий на «низах», інший - «гострий», крутильних і потужний на «верхах»; 25 років тому про таке і не мріяли. І до речі, нічого не варто приєднати до VTEC ще й фазовращеніе, що у Honda і зробили в конструкції i-VTEC. Тоді як навпаки - надати VTEC до фазовращенію - вийде; фірмовий механізм не такий простий і обкладений патентами.
Зверніть увагу: VTEC дозволяє варіювати діаграму впуску (і випуску)! Не просто рухати її на «раніше-раніше» або «пізніше-пізніше», а змінювати профіль. Якісне просування проти банального фазовращенія - хоча режимів тільки 2 (в пізніших варіантах - аж 3). У Honda чимало наслідувачів і послідовників: Mitsubishi MIVEC, Porsche VarioCam Plus, Toyota VVTL-i. У всіх випадках застосовуються кулачки неоднакових профілів з блокуванням приводу клапанів; уявіть, працює.
Valvetronic
електромагніти
Знімаю капелюха перед інженерами BMW. і тим не менше Valvetronic - лише епізод у розвитку двигуна Отто. Проміжне рішення - в очікуванні радикального. А воно вже на порозі: бескулачковий ГРМ з електромагнітним приводом клапанів. Ніяких розподілвалів з їх приводом, штовхачів, коромисел, гидрокомпенсаторов зазорів і ін. Просто стрижень клапана входить в потужний електромагніт [З зусиллям по осі клапана до 80-100 кг! Інакше клапани не встигають за своїми фазами. А забезпечити такі зусилля в компактному механізмі непросто, в чому і полягає головна трудність створення е-магнітного ГРМ.], Напруга на який подається під контролем ЦПУ. Ось і все: на кожному оберті коленвала ЦПУ управляє моментами початку відкриття і закриття клапанів - і висотою їх підйому. Відсутні кулачки з їх незмінним профілем, немає раз і назавжди заданих фаз газорозподілу.
Діаграми впуску та випуску регулюються вільно і в широких межах (обмежених тільки фізикою процесів). Окремо для кожного з циліндрів і від циклу до циклу - як момент уприскування і кількість подаваного палива. Або запалювання. По суті двигун Отто стане самим собою - вперше в історії. І не залишить жодних шансів дизелю. Як комп'ютери знайшли себе з появою мікро- «чіпів», і кишенькові калькулятори миттєво витіснили електромеханічні рахункові машини. Тоді як в кінці 40-х ЕОМ будували на вакуумних лампах і електромагнітних реле; вважайте, що двигуни з іскровим запалюванням все ще знаходяться на тій самій стадії. Ну хіба що Valvetronic ...
