Системы управления фазами газораспределения

Содержание

На сайте вы найдете информацию о том как сделать качественный ремонт автомобиля своими руками, подробные фото отчеты по ремонту ауди с4, а также много полезной информации о диагностике и профилактике неисправностей.

поиск google

Breadcrumbs

Меню сайта:

Последние публикации

Водительский дворник плохо чистит лобовое стекло на Ауди C4.

Нередко на Ауди с4 встречается такая проблема, как плохо чистящий водительский дворник. Возникает эта проблема из-за плохого контакта резиновой щетки и лобового стекла.

Альтернатива датчику включения вентиляторов audi c4 2.6.

На старых автомобилях (а наши Audi c4 таковыми являются) со временем основной радиатор охлаждающей жидкости забивается грязью, как изнутри, так и снаружи.

Заклинило помпу Audi c4 2.6/2.8.

Данный отчет, не несет в себе какой то уникальной информации, все подобно уже ранее представлено на сайте в виде отдельных отчетов, это просто история.

Система изменения фаз газораспределения.

Что такое фазы газораспределения в двигателе внутреннего сгорания? Именно с этого ответа на вопрос мы начнем с вами статью.

Фазами газораспределения принято считать момент с начала открытия и до конца закрытия впускного или выпускного клапана, относительно положения поршня (верхняя или нижняя мертвая точка), выраженного в градусах угла поворота коленчатого вала.

В большинстве двигателей внутреннего сгорания установленных на автомобилях, фазы газораспределения одинаковы на всех режимах работы двигателя, то есть они остаются неизменными, будь это холостой ход или режим полной нагрузки на высокой частоте вращения коленчатого вала. В результате все это сказывается на малой эффективности работы двигателя и снижению его КПД, так как на разных режимах работы требуется разная величина фаз газораспределения. Например, для низких оборотов требуются короткие фазы, имеющие минимальную продолжительность, для высоких оборотов наоборот, необходимы широкие фазы, которые будут перекрывать такт впуска и выпуска.

Мы знаем, что работой впускных и выпускных клапанов управляет распределительный вал, точнее его кулачки. Так вот, чтобы на двигателях с постоянными фазами газораспределения, добиться оптимальной работы, как на низких, так и на высоких оборотах, особое внимание инженеры конструкторы уделяют форме и размерам кулачков распредвала, ведь именно от них зависит продолжительность фазы газораспределения.

В поисках компромиссов чему больше отдать предпочтение высокому крутящему моменту на низких оборотах или повышенной мощности на высоких оборотах, инженеры потихоньку пришли к решению создать систему с изменяемыми фазами газораспределения. В которой для каждого режима работы двигателя фазы газораспределения будут индивидуальны.

Впервые система изменения фаз газораспределения была применена в 1983 на легендарной марке автомобилей Альфа Ромео. После удачного опыта, применение данной системы, она стало появляться и на других известных марках, таких как Mercedes-Benz, Porsche, BMW, Honda и др.

Основными положительными качества данной системы являлось то, что получилось добиться:

  1. Заметного улучшения работы двигателя на холостом ходу.
  2. Снижение расхода топлива.
  3. Увеличение мощности.
  4. Оптимального крутящего момента на различных оборотах.
  5. Естественной рециркуляции отработавших газов, а с ней и уменьшение выбросов оксида азота в атмосферу.

Добиться изменения фаз газораспределения можно несколькими способами, на данный момент их три:

  • с помощью поворота распредвала.
  • применение кулачков разной формы.
  • изменением высоты подъема клапанов.

Система автоматического изменения фаз газораспределения с помощью поворота распределительного вала.

Данный способ изменения фаз нашли применение на следующих марках автомобилей:

  • Toyota — VVT-i (Dual VVT-i);
  • Volkswagen — VVT;
  • Honda — VTC;
  • Volvo, Hyundai, Kia — CVVT;
  • Renault — VCP;
  • BMW VANOS;
  • General Motors;

На впускном (аналогично и на выпускном) распределительном валу расположена гидромуфта, которая под контролем блока управления поворачивает его на заданный угол, тем самым, изменяя фазу газораспределения.

Весь механизм установлен на головке блока цилиндров, снизу к нему подходят масляные каналы системы смазки двигателя для управления обоими гидромуфтами. На корпусе механизма установлены два электрогидравлических распределителя, которые и обеспечивают подвод масла к муфте.

состоит из ротора, жестко закрепленного на распределительном валу и корпуса муфты в роли, которой выступает шкив газораспределения. В роторе расположены масляные каналы, по которым масло заполняет камеры образованные между ротором и корпусом. Заполнение той или иной части камеры приводит к повороту ротору относительно корпуса, что в итоге обеспечивает поворот распределительного вала на необходимый в данный момент угол.

Сама система устроена таким образом, что в блок управления поступают основные сигналы параметров двигателя: частота вращения двигателя, расход воздуха и его температура, температура охлаждающей жидкости, данные с датчиков Холла установленных на механизме газораспределения. На основании этих данных блок управления посылает сигналы электрогидравлическим распределителям, которые в свою очередь управляют самой гидромуфтой, под действием давления масла в системе смазки автомобиля.

Система автоматического изменения фаз газораспределения с разной формой кулачков.

Эту технологию себе на вооружения взяли следующие марки: В первую очередь снова выступает Honda со своей известной системой – VTEC;

Данный вид системы изменения фаз газораспределения разберем на примере системы VTEC.

Система устроена следующим образом: На каждый цилиндр имеется два впускных клапана 1, три коромысла 2 и три кулачка на распределительном валу. Два крайних одного размера 3, а третий по середине большего 5.

  1. На малых оборотах под воздействием малых кулачков усилие на впускные клапана передаются через крайние коромысла, обеспечивая их открытие в данном режиме. Среднее коромысла в этом режиме работы двигателя не участвует, что в итоге обеспечивает короткие фазы газораспределения.
  2. При переходе двигателя в режим высоких оборотов автоматически срабатывает гидравлический блокирующий механизм 4, который соединяет все коромысла между собой вместе.
  3. Теперь на коромысла воздействует только средний, кулачок большего размера, что приводит к удлинению фаз газораспределения.

В другой модификации системы VTEC, в отличие от предыдущей, присутствуют три режима регулировки, на малых, на средних и на высоких оборотах. В этой системе три кулачка разного размера. На малых оборотах в работе участвует один малый кулачок, открывающий только один впускной клапан. На средних оборотах два малых кулачка открывающие оба клапана. На высоких оборотах, так же как и в предыдущем случае, один большой открывающий оба клапана.

На современных двигателях Honda использует результат двух объединенных систем VTEC и VTC, такая система получила название I-VTEC. Она более сложная, нежели ее предшественники, но в то же время благодаря объединению этих двух систем в единое целое I-VTEC получила возможность расширить параметры регулирования.

Система автоматического изменения фаз газораспределения изменением высоты подъема клапанов.

Первый успех в применении системы регулировки высоты подъема впускного клапана добилась BMW, представив в 2001 году на Женевском автосалоне своей BMW 316ti Compact с системой Valvetronic.

После успеха BMW в освоение данной системы, добились подобного результата и следующие марки:

Данную систему можно считать наиболее совершенной, так как при использовании этой системы можно полностью отказаться от дроссельной заслонки, не слишком совершенного узла участвующего в регулировании подачи топливной смеси.

1) Электродвигатель (сервопривод). 2) Червячный вал. 3) Пружина возвратная. 4) Впускной распредвал. 5) Выпускной распредвал. 6) Червячная шестерня. 7) Эксцентриковый вал. 8) Промежуточный рычаг. 9) Коромысло впускного клапана. 10) Гидрокомпенсатор выпускного клапана. 11) Коромысло выпускного клапана. 12) Выпускной клапан. 13) Гидрокомпенсатор впускного клапана. 14) Впускной клапан.

В системе изменения высоты подъема клапанов помимо классической связки распределительный вал – коромысло – клапан, присутствует еще эксцентриковый вал и промежуточный рычаг.

Так же как и в предыдущих системах всем управляет блок управления, получающий сигналы с датчиков установленных на двигатели. Сопоставляя все поступившие сигналы, он посылает сигнал управления сервоприводу 1, который через червячный вал 2, вращает эксцентриковый вал 9.

Эксцентриковый вал 9 в свою очередь изменяет положение промежуточного рычага 10, а он через коромысло 11 высоту подъема впускного клапана 16 регулируя фазы газораспределения. Таким образом, данная система может очень точно подобрать необходимую фазу газораспределения на любых оборотах.

Maksim0203 › Блог › Система изменения фаз газораспределения

Система изменения фаз газораспределения (общепринятое международное название Variable Valve Timing, VVT) предназначена для регулирования параметров работы газораспределительного механизма в зависимости от режимов работы двигателя. Применение данной системы обеспечивает повышение мощности и крутящего момента двигателя, топливную экономичность и снижение вредных выбросов.

К регулируемым параметрам работы газораспределительного механизма относятся:

— момент открытия (закрытия) клапанов;

— продолжительность открытия клапанов;

— высота подъема клапанов.

В совокупности эти параметры составляют фазы газораспределения – продолжительность тактов впуска и выпуска, выраженную углом поворота коленчатого вала относительно «мертвых» точек. Фаза газораспределения определяется формой кулачка распределительного вала, воздействующего на клапан.

На разных режимах работы двигателя требуется разная величина фаз газораспределения. Так, при низких оборотах двигателя фазы газораспределения должны иметь минимальную продолжительность («узкие» фазы). На высоких оборотах, наоборот, фазы газораспределения должны быть максимально широкими и при этом обеспечивать перекрытие тактов впуска и выпуска (естественную рециркуляцию отработавших газов).

Кулачок распределительного вала имеет определенную форму и не может одновременно обеспечить узкие и широкие фазы газораспределения. На практике форма кулачка представляет собой компромисс между высоким крутящим моментом на низких оборотах и высокой мощностью на высоких оборотах коленчатого вала. Это противоречие, как раз и разрешает система изменения фаз газораспределения.

В зависимости от регулируемых параметров работы газораспределительного механизма различают следующие способы изменяемых фаз газораспределения:

— поворот распределительного вала;

— применение кулачков с разным профилем;

— изменение высоты подъема клапанов.

Наиболее распространенными являются системы изменения фаз газораспределения, использующие поворот распределительного вала:

VANOS (Double VANOS) от BMW;

VVT-i (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.

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);

— 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).

Современной системой изменения фаз газораспределения от Honda является система I-VTEC, объединяющая системы VTEC и VTC. Данная комбинация существенным образом расширяет параметры регулирования двигателя.

Наиболее совершенная с конструктивной точки зрения разновидность системы изменения фаз газораспределения основана на регулировании высоты подъема клапанов. Данная система позволяет отказаться от дроссельной заслонки на большинстве режимов работы двигателя. Пионером в этой области является компания BMW и ее система Valvetronic.

Аналогичный принцип использован и в других системах:

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 Valvetronic изменение высоты подъема клапанов обеспечивает сложная кинематическая схема, в которой традиционная связь кулачок-коромысло-клапан дополнена эксцентриковым валом и промежуточным рычагом. Эксцентриковый вал получает вращение от электродвигателя через червячную передачу. Вращение эксцентрикового вала изменяет положение промежуточного рычага, который, в свою очередь, задает определенное движение коромысла и соответствующее ему перемещение клапана. Изменение высоты подъема клапана осуществляется непрерывно в зависимости от режимов работы двигателя.

Система Valvetronic устанавливается только на впускные клапаны.

Системы управления фазами газораспределения

Эффективность работы любого ДВС, КПД двигателя, показатель мощности, моментная характеристика и топливная экономичность напрямую зависят от ряда факторов. Одной из важных составляющих в списке являются фазы газораспределения. Ответить на вопрос, что такое фазы газораспределения двигателя, можно следующим образом. Под такими фазами стоит понимать своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов.

Большинство современных ДВС все более активно получают систему изменения фаз газораспределения, хотя еще около 20 лет назад массово доступный четырехтактный двигатель данной системы не имел. В обычном моторе клапаны открываются благодаря воздействию на них кулачков распределительного вала. Форма профиля кулачка распредвала определяет момент и продолжительность открытия клапана.

Рекомендуем также прочитать статью о системе рециркуляции отработавших газов ЕГР. Из этой статьи вы узнаете о том, что такое EGR, назначении и принципах работы данной системы.

Указанные параметры составляют так называемую ширину фазы газораспределения. Дополнительным параметром также является величина хода клапана (высота его подъема). Стоит учитывать, что топливно-воздушная смесь и отработавшие газы во впуске, в цилиндре ДВС и на выпуске ведут себя не одинаково, что зависит от различных режимов его работы. Скорость течения динамично изменяется, появляются колебания газовых сред, которые приводят к резонансам или застою. Все это влияет на эффективность наполнения цилиндров и их продувки на разных режимах работы силового агрегата.

Фиксированные фазы газораспределения заставляют конструкторов ДВС проектировать мотор так, чтобы присутствовала уверенная тяга в диапазоне низких и средних оборотов, но при этом оставался запас мощности для поддержания набранной скорости и дальнейшего ускорения автомобиля при выходе ДВС на режимы около зоны максимальных оборотов. Дополнительно необходимо обеспечить устойчивую работу силового агрегата на холостом ходу, эластичность на переходных режимах, а также экономичность и экологичность силовой установки. Если фазы газораспределения фиксированы, то улучшение одних параметров закономерно повлечет ухудшение других. Для решения этой задачи была разработана система изменения фаз газораспределения, которая гибко и динамично изменяет основные параметры работы ГРМ зависимо от того режима, в котором работает двигатель в определенный момент.

Система изменения фаз газораспределения влияет на основные параметры работы газораспределительного механизма. К таким параметрам относят моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, длительность времени открытия клапана и высоту его подъема. Указанные параметры представляют собой в итоге фазы газораспределения, так как от них зависит продолжительность такта впуска и выпуска, что выражается тем углом, на который повернут коленчатый вал двигателя по отношению к мертвым точкам (ВМТ и НМТ) во время движения поршня в цилиндре. Форма кулачка распределительного вала определяет фазу газораспределения, так как указанный кулачок оказывает прямое воздействие на впускной или выпускной клапан ГРМ.

Для чего необходима система изменения фаз газораспределения

Для достижения наибольшей эффективности применительно к динамично изменяющимся режимам работы ДВС необходима различная величина фаз газораспределения. В режиме холостого хода наиболее рациональными становятся «узкие» фазы газораспределения, под которыми понимается позднее открытие и ранее закрытие клапанов. При этом исключается перекрытие фаз, под которым понимается время одновременного открытия впускного и выпускного клапана. Это необходимо для того, чтобы исключить попадание выхлопных газов во впуск и выброс топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор.

Выход мотора на режим максимальной мощности означает повышение оборотов, так как распредвал крутится быстрее и время открытия клапанов сокращается. Для того чтобы не терялась мощность и крутящий момент на высоких оборотах сохранялся, в двигатель должно поступать намного больше топливно-воздушной смеси, а выпуск отработавших газов должен быть реализован максимально эффективно. Задача решается путем раннего открытия клапанов и увеличения времени их открытия, делая фазу «широкой». Фаза перекрытия также расширяется до максимума с ростом оборотов, что необходимо для качественной продувки цилиндров.

Сам кулачок распредвала имеет форму, которая способна обеспечить как реализацию узкой, так и широкой фазы. Проблема заключается в том, что фиксированная форма кулачка не позволяет одновременно добиться узких и широких фаз газораспределения. Получается, форма кулачка подобрана с расчетом на возможный оптимальный баланс между высоким показателем крутящего момента на низких оборотах ДВС и максимальной мощностью агрегата в режиме высокой частоты вращения коленчатого вала. Система изменения фаз газораспределения позволяет намного более гибко изменять эти параметры, буквально «подстраивая» ГРМ под конкретный режим работы двигателя для достижения лучшей отдачи от мотора и топливной экономичности.

Системы изменения фаз газораспределения представлены несколькими видами. Главные отличия заключаются в тех и или иных параметрах регулировки ГРМ в процессе его работы. Сегодня используются следующие решения для управления фазами газораспределения:

  • система поворота распредвала;
  • кулачки распредвала с различным профилем;
  • система изменения высоты подъема клапанов;

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.

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.

Система ступенчатого изменения фаз газораспределения

Эволюция систем изменения фаз газораспределения позволила инженерам не только осуществлять сдвиг фаз, но и эффективно выполнять их расширение и сужение. Следующим типом систем изменения фаз газораспределения являются решения, основанные на использовании кулачков распредвала разной формы. Благодаря такому способу удается достичь ступенчатого изменения момента времени, на который открывается клапан, а также изменить саму высоту подъема клапанов. В списке подобных систем находится VVTL-i от автогиганта Toyotа, VTEC японской Honda и MIVEC от Mitsubishi, решение от Audi под названием Valvelift System и другие.

Указанные системы похожи друг на друга как конструктивно, так и по принципу действия. Немного отличается только немецкая Valvelift System. Наибольшую известность получила системаVVTL-i, VTEC и MIVEC. В основе таких систем изменения фаз газораспределения находятся кулачки с различным профилем, а также система управления. Распределительный вал в таких системах управления фазами газораспределения выполнен так, что имеет сразу два кулачка малого размера, а также один кулачок большего размера. Меньшие кулачки при помощи специального рокера (коромысла) соединяются с впускными клапанами. Большой кулачок отвечает за перемещение одного незадействованного коромысла.

Такая система изменения фаз газораспределения позволяет переключаться с малых кулачков на большой зависимо от режима работы ДВС. Переход между режимами достигается благодаря тому, что происходит срабатывание специального механизма блокировки. Указанный блокирующий механизм основан на гидравлическом приводе.

Когда мотор работает на низких оборотах и при незначительной нагрузке, впускные клапаны приводятся в действие малыми кулачками распределительного вала, фазы газораспределения в таком режиме имеют небольшую продолжительность (узкая фаза).

Существующие разновидности систем VTEC могут иметь сразу три режима регулирования ГРМ. В данной модификации на низких оборотах ДВС работает один малый кулачок распредвала, который осуществляет открытие только одного впускного клапана. Два маленьких кулачка задействуются в режиме средних нагрузок и оборотов двигателя, обеспечивая открытие двух впускных клапанов. Большой кулачок вступает в действие при выходе силовой установки на режим оборотов, приближенных к максимальным.

Система изменения фаз газораспределения I-VTEC, которая представлена производителем Honda, объединила в себе главные преимущества решений как VTC, так и VTEC. Регулирование по трем ступеням обеспечивает существенную экономию топлива. При низкой частоте вращения половина впускных клапанов практически не имеет активности. Увеличение частоты вращения до уровня средних оборотов подключает дезактивированные клапаны, но высота их подъема не подразумевает полного открытия.

Выход на режим максимальных оборотов заставляет впускные клапаны работать от центрального кулачка большого размера. Указанный кулачок имеет особый профиль, который специально подобран для достижения максимального подъема клапанов, что означает повышение отдачи от ДВС на мощностных режимах работы агрегата. Такой подход значительно расширил возможности управления параметрами ГРМ для эффективного регулирования работы двигателя на различных режимах.

Если рассмотреть пример с системой VVTL-i от Toyota, то после выхода мотора с таким решением на обороты около 6000 об/мин стандартный кулачек распредвала исключается из работы и замещается кулачком с измененным профилем. Указанный кулачек обеспечивает дугой алгоритм работы клапана, сдвигает (расширяет) фазу и увеличивает высоту его подъема. На практике это будет означать, что при выходе мотора на режим высоких оборотов у двигателя появится резкий прирост тяги, необходимый для обеспечения дальнейшего уверенного разгона.

Схема работы системы VVTL-i строится на следующем алгоритме. Время открытия и высота подъема впускных клапанов регулируется аналогично другим решениям. Когда мотор работает в режиме оборотов до 6000 об/мин, тогда воздействие на клапан осуществляет меньший кулачок распредвала, который оказывает нажатие на рокер и таким образом открывает клапана. После набора оборотов выше заданной отметки управлять открытием клапанов начинает высокий кулачок с особым профилем. Для его активации специальный сухарь под давлением масла перемещается.

Система регулирования высоты подъема клапана

Дальнейшее развитие систем изменения фаз газораспределения привело к появлению сложных решений, которые основаны на управлении высотой подъема клапанов. Новатором в данной области стала компания BMW, представившая систему под названием Valvetronic на своих моторах в 2001 году.

Регулирование высоты подъема клапана дополнительно позволило исключить из схемы дроссельную заслонку применительно к основным режимам работы ДВС. Наличие заслонки заметно снижает эффективность наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью в режиме низких и средних оборотов. Причина кроется в том, что во впускном коллекторе (в области дросселя) в процессе работы ДВС возникает разрежение. Топливно-воздушная смесь в таких условиях разрежения становится инертной, цилиндры наполняются менее эффективно, реакция на нажатие педали газа теряет остроту и становится замедленной.

Лучшим решением данной проблемы становится механическое открытие впускного клапана на такой момент времени, который необходим для эффективного наполнения цилиндра рабочей топливно-воздушной горючей смесью. Продолжительность фазы впуска (впускной фазы) в системах регулирования высоты подъема клапана изменяется зависимо от того, как сильно была нажата педаль газа. Система бездроссельного управления позволяет заметно экономить топливо (до 15% сравнительно с другими решениями), а также повышает мощностную характеристику на 10 % и более.

Система имеет эксцентриковый вал, а также промежуточный рычаг. Указанный эксцентриковый вал начинает вращаться при помощи усилия, которое создает электродвигатель посредством червячной передачи.

Такое вращение эксцентрикового вала оказывает воздействие на промежуточный рычаг, в результате чего изменяется его положение (происходит смещение точки опоры). Смена положения заставляет коромысло двигаться так, чтобы переместить (открыть) клапан точно на необходимую величину.

Система изменения высоты подъема клапана работает постоянно, а высота подъема клапанов напрямую зависит от того или иного режима работы силового агрегата. Клапана могут подниматься в переделах от 0,2 до 12 мм. Система VEL от компании Ниссан обеспечивает высоту подъема клапана в рамках от 0,5 до 2 мм.

Электромагнитный привод клапана

Сегодня конструкторы ДВС практически полностью используют потенциал ГРМ. Проектируется максимально возможное количество клапанов на цилиндр, а сами размеры клапана достигли своего предела. Но эволюция двигателя на данном этапе продолжается. Улучшить наполняемость и продувку цилиндров двигателя можно также за счет скорости, с которой возможно реализовать открытие и закрытие клапанов. Речь идет о ГРМ, в котором клапана имеют электромагнитный (электромеханический) привод, который заменяет механический с электронным управлением. Более того, распределительный вал в таком ГРМ полностью отсутствует.

Сама длина хода клапана не является регулируемым параметром. Клапан крепится за счет пружины, а также имеет якорь. Такой якорь электромагнитного клапана размещен между двумя электромагнитами определенной мощности. Задачей таких электромагнитов становится удержание клапана в том или ином крайнем положении.

Точность положения, в котором необходимо осуществить фиксацию клапана, определяется предназначенным для этого отдельным датчиком. Снижение разрушительных нагрузок на электромагнитный ГРМ в момент приближения клапана к его крайней точке (особенно в момент посадки клапана в седло) осуществляется благодаря «торможению» клапана.

Это значит, что привод не перескакивает на зубьях шестерен (при условии нормальной работы натяжителя), то есть фазы газораспределения не сбиваются.

. (для впускных и выпускных клапанов), может оснащаться системой изменения фаз газораспределения и т.д.

Степень сжатия имеет зависимость от фаз газораспределения. Если точнее, то степень сжатия зависит от той задержки.

Другими словами, ГРМ осуществляет управление фазами газораспределения. ГРМ устанавливается в головке бока цилиндров.

Дело в том, что в момент разрыва ремня на многих двигателях сбиваются фазы газораспределения, распредвал не крутится, ГРМ перестает работать.

От формы кулачков распределительного вала зависят фазы газораспределения. Под такими фазами понимаются моменты открытия и закрытия клапанов.

Система управления бензинового двигателя с изменяемыми фазами газораспределения

Транскрипт

1 Система управления бензинового двигателя с изменяемыми фазами газораспределения д.т.н. проф., Засл. деятель науки РФ Ерохов В. И., МГТУ «МАМИ», Мельников Д.А. МГТУ «МАМИ», Макарова М.П. МГТУ «МАМИ» Снижение загрязнения окружающей среды вредными выбросами (ВВ) автотранспортных средств (АТС) возросла до уровня неотложного социальноэкономического и технического решения. Традиционные методы конструирования и эксплуатации современных ДВС правильные по своей сущности уже не в полной мере отвечают современным требованиям экологической и энергетической безопасности АТС. Создание бензинового двигателя с изменяемыми фазами газораспределительного механизма представляет новое научное направления современного двигателестроения. МГТУ «МАМИ» сформулирована концепция, разработаны теоретические и методологические предпосылки создания газораспределительного механизма (ГРМ) четырехклапанных ДВС, а также разработаны экспериментально-аналитические модели систем управления ДВС с переменными фазами ГРМ. Целью данной работы является улучшение экологических параметров бензинового ДВС на основе системы управления фазами газораспределения. В задачу исследования входило: разработка концепции ГРМ современного бензинового двигателя с улучшенными экологическими и топливно-энергетическими показателями, разработка методов расчета функциональных элементов системы уска и управления ДВС (датчик массового расхода воздуха (ДМРВ),электромагнитная форсунка ( ЭМФ), датчик Холла, электронный блок управления (ЭБУ), шаговый двигатель), разработка метода оценки экологической эффективности бензинового двигателя с изменяемыми фазами ГРМ, разработка конструкции основных функциональных элементов ГРМ с изменяемыми фазами, разработка алгоритма управления двигателя с изменяемыми фазами ГРМ для всего диапазона рабочих режимов двигателя, включая режимы ХХ и запуска двигателя, оптимизация программы для управления системой рыска бензинового двигателя и проведение комплекса испытаний разработанных технических решений и анализ полученных результатов. Расчетно-аналитические и экспериментальные исследования проведены на бензиновом ДВС с четырехклапанной системой газораспределения размерностью 4 Р (S/D) = 86/9, iv h =,8 л., ε =9,3. Разработанная концепция бензинового двигателя с изменяемыми фазами ГРМ представляет собой совокупность, научных, инженерных, технических и технологических решений. В традиционном двигателе фазы ГРМ определяются формой кулачка распределительного вала и остаются неизменными во всех диапазонах работы двигателя. Постоянные фазы ГРМ не позволяют создавать оптимальные процессы наполнения и смесеобразования. В современных ДВС используют регулировки ГРМ путем сдвига фаз и его масштабирования (изменение подъема клапана). Сдвиг фаз требует наличия двух распределительных валов, обеспечивающих изменение перекрытие клапанов при различной частоте вращения КВ. Увеличение мощности ДВС с ростом перекрытия клапанов на высоких оборотах частично компенсируется снижением дозарядки в результате уменьшения угла закрытия клапана после НМТ. Регулировка ГРМ путем масштабирования диаграммы подъема кулачка в серийном производстве реализовано фирмой Honda в виде попеременно 96

2 работающих кулачков с различной разверткой: на малых оборотах с узкими фазами, на высоких (порядка 5000 об/мин) с более широкими. Традиционные ДВС оснащены нерегулируемыми фазами ГРМ, сопровождающиеся ухудшением экологических параметров ДВС. Сущность предлагаемого технического решения обусловлена тем, что автомобильные ДВС в условиях интенсивного движения должны иметь несколько уменьшенную продолжительность уска за счет смешения угла в сторону запаздывания открытия и закрытия угла. ДВС для эксплуатации в равнинной местности должны быть оборудованы ГРМ с более развитыми фазами из условия работы на установившихся режимах. Анализ несовершенства механического привода ГРМ и целесообразность его замены электромагнитным приводом с электронным управлением предложено д.т.н. Архангельским В.М. в 50-х годах XX века. В дальнейшем под руководством д.т.н. Юттом В.Е. были созданы экспериментальные системы ГРМ с электронным управлением. Аналогичные работы проведены за рубежом [1,]. Практическая реализация метода изменения фаз ГРМ была реализована на автомобилях Альфа Ромео в 1983 году. После этого подобные системы стали применять на автомобилях Мерседес, Ниссан, БМВ, Порше. В настоящее время системы непрерывного изменения фаз газораспределения применяются на двигателях Ауди, Фольксваген, Тойота, Рено, Вольво. В 90-е годы многие ведущие фирмы стали оборудовать ДВС системами изменения фаз ГРМ, обеспечивая оптимальный угол перекрытия клапанов в соответствии с режимами работы двигателя. В этих системах, применяемых на двигателях DOHC (с двумя распределительными валами), монтировалось специальное устройство в приводную шестерню распределительного вала ускных клапанов. Такие устройства называют изменяемыми фазами газораспределения VIVT (Variable inlet valve timing). Принцип действия привода поворота распределительного вала для изменения фаз ГРМ может быть механический, гидравлический, электрический и пневматический. Регулирования фаз ГРМ обеспечивают путем изменения положение распределительного вала относительно КВ. В данной работе разработано устройство, изменяющее фазы газораспределения во всем диапазоне возможной частоты вращения КВ для ускных и выпускных клапанов, что позволяет регулировать количество остаточных ОГ в камере сгорания. Бесступенчатое изменение фаз ГРМ позволяет улучшить работу двигателя на ХХ и полных нагрузках, обеспечивая повышение крутящего момента и мощности. Для увеличения давления на поршень привода ГРМ в системе применен отдельный масляный насос. Применения высокого давления позволяет устанавливать точное положение распределительного вала в зависимости от нагрузки ДВС. Необходимый угол изменения фаз ГРМ выбирают в зависимости от нагрузки и частоты вращения КВ по полю параметрических характеристик. Отклонение выбранного угла поворота распределительного вала от истинного его рассчитывают по алгоритму ЭБУ, согласно выданному значению которого, изменяется ток в клапане управления давлением масла. Клапан управления изменяет давление масла на исполнительный механизм, позволяющий поворачивать распределительный вал. Частота вращения КВ определяется индуктивными датчиками, установленными на коленчатом или распределительном валах, считывающими частоту вращения КВ по зубчатым колесам. Цикловое наполнение ДВС зависит от конструктивных его параметров, выпускной системы, внешних условий на уске и противодавления ОГ. Для выработки командного импульса управления микропроцессорной системы ГРМ продолжительность должна быть не более 30 t (1) Δt min= c i n max 97

3 где t продолжительность заполнения цилиндра, с; i число цилиндров, n частота вращения, мин -1. Предложенный параметр является основным критерием выбора элементной базы микропроцессорной системы управления. Интервал измерения и вычисления массы воздуха Т, отнесенный к конкретному цилиндру, будет определяться продолжительностью рабочего цикла, отнесенный к числу цилиндров двигателя 30 k () T = n i где k тактность двигателя; n — частота вращения КВ; i число цилиндров ДВС. Величина циклового наполнения G цв (мг/цикл) является одним из первичных управляющих параметров, определяющим характер протекания рабочего цикла. Доля одного цилиндра в общей массе воздуха М цв, поступившей в цилиндры ДВС за рабочий цикл, соотнесенную с тактностью работы ДВС G вц = M цв i 10 1, n 4 (3) где G цн цикловое наполнение цилиндра, (мг/цикл); М мн массовое наполнение цилиндров; i тактность двигателя; n частота вращения Величина коэффициента избытка воздуха может быть представлена зависимостью M η v = M св Т где M св — масса свежего заряда, поступившего в цилиндр в процессе наполнения; M Т — масса свежего заряда, которая могла бы поступить в цилиндр в процессе наполнения. Количество воздуха, поступающего в цилиндр, определяется продолжительностью открытия ускного клапана, высота подъема которого в традиционных ДВС не регулируется. Под коэффициентом наполнения η v следует понимать долю рабочего объема двигателя, которую занимает свежий заряд при давлении Р и температуре газов Т в цилиндре двигателя. o ε Tk P a Pr ϕ ϕ (5) оч η ν = ϕдоз ε Tk T P 1 k ε ϕдоз P 1 + Δ a где ε степень где сжатия; P K, Tk (наддув) параметры свежего заряда на входе в цилиндр; ϕ доз дозарядка за счет инерционности потока во ускном клапане; P a, T а параметры свежего заряда в конце такта наполнения; ΔT подогрев свежего заряда в цилиндре двигателя; Δ P гидравлическое сопротивление ускной системы; o ϕ оч коэффициент очистки цилиндра за счет продувки; ϕ соотношение теплоемкостей остаточных газов и свежего заряда. Для анализа влияния различных факторов на величину циклового наполнения четырехтактного двигателе воспользуемся выражением (4) 98

4 Т ϕ P P (6) доз a r G = γ ε + ( k 1) ( ε 1) вц Vh Т + ΔТ k ( ε 1) Р Pa где γ плотность воздуха во ускной системе; ΔT изменение температуры воздуха на уске; ϕ доз коэффициент дозарядки; P a давление конца уска; κ коэффициент адиабаты; Р γ давление остаточных газов Цикловое наполнение ДВС зависит от конструктивных параметров двигателя и выпускной системы, внешних условий на уске и противодавления ОГ. В качестве факторов, влияющих на цикловое наполнение, рассматривают температуру и давление остаточных газов, зависящие от противодавления на выпуске и степени их перетекания во ускную систему при перекрытии клапанов, температура и давление воздуха на уске, определяемая фазами газораспределения и степенью газодинамического наддува. Обеспечение максимальной мощности при высокой частоте вращения КВ достигается путем перекрытия клапанов около ВМТ с большим углом поворота КВ. Мощность в наибольшей степени зависит от максимально возможного количества горючей смеси, попадающей в цилиндр за короткое время. Чем выше частота вращения, тем меньше время, отводимое на заполнение цилиндра. На низких скоростях, когда не требуется максимальная мощность, угол перекрытия должен быть близок к нулю. Оптимизация закона движения клапана наиболее актуальная задача современного ГРМ. Дроссельная заслонка представляет собой дополнительное гидравлическое сопротивление ускного трубопровода. При частичных нагрузках воздух поступает через прикрытую заслонку с насосными потерями, что приводит к дополнительным потерям топлива (на ХХ до 50%). При помощи регулируемого ГРМ, обеспечивающего плавное изменение высоты подъема клапана в зависимости от режима эксплуатации, количественное регулирование бензинового двигателя без дроссельной заслонки. На режимах малых нагрузок и ХХ ускной клапан открывается лишь частично, что влечет за собой истечение горючей смеси через клапанную щель с высокими скоростями и идеальное распыливание даже при холодном ДВС и низкой температуре окружающего воздуха. Отказ от дроссельной заслонки в перспективе может оказать положительное влияние на все технико-экономические показатели двигателя. Основные параметры оптимизации системы газораспределения при проектировании и доводке двигателя относят закон открытия ускного клапана, оптимизация фаз ГРМ, а также геометрические характеристики ускного и выпускного трубопровода (диаметр, длина и конфигурация). Чтобы варьировать фазами ГРМ необходимо изменять положение распределительного вала относительно КВ. Установлен закон движения ускного клапана, имеющий важное значение на протекание процессов наполнения. Наиболее значительный выигрыш по время-сечению ГРМ обеспечивает электромагнитный и гидравлический приводы клапанов, поскольку осуществляемый закон подъема клапана приближается к П образной форме. Замена традиционного привода на электромагнитный (при одинаковом времени открытия и максимальном подъеме клапана) привел к увеличению крутящего момента на 5 %. Эффективные фазы ГРМ обеспечивают оптимальные характеристики силового агрегата. Небольшое или нулевое перекрытие клапанов заставляет двигатель более чутко реагировать на изменение положения дроссельной заслонки, что очень важно при движении автомобиля в транспортном потоке. Закон подъема ускного клапана в зависимости от частоты вращения КВ двигателя приведен на рис.1. 99

5 Рисунок 1 -Закон движения клапана:1 электромагнитный или гидравлический привод; традиционный механический привод Термоанемометрический ДМРВ позволяют получить информацию о величине циклового наполнения ДВС [3]. Взаимосвязь объемного расхода воздуха Q, температуры Т 1 и Т, тока I питания и сопротивления термического резистора R определяется уравнением Кинга I R = K + K Q) ( T T ) (7) ( 1 1 где К 1 и К постоянные коэффициенты. Уравнение теплового равновесия, определяющее температуру чувствительного элемента, имеет вид I R = α F ( t t ) = α F Δt (8) m в где tm температура чувствительного элемента датчика; t в температура потока воздуха; α коэффициент теплоотдачи, Вт/(см х о С); I ток через чувствительный элемент датчика; F поверхность теплопередачи, см ; R сопротивление чувствительного элемента датчика. Точность реализации теоретической зависимости определяется тем, насколько удается свести к нулю потери теплоты чувствительным элементом, за исключением теплоты переданного конвекцией. Объемный расход воздуха, определяемый датчиком массового расхода воздуха может быть представлен зависимостью 1 I R (9) Q = ( ) K K T T 1 Выходное напряжение датчика массового расхода воздуха может быть представлена зависимостью (10) U вых = I R 1 4T I R 3T R4T = R1 T + R 4T R3 T R + R T 3T U п = R R R R T 4T 1T 3T ( R1 T + R4T )( RT + R3 T U ) Аналитическая зависимость (10) включает электрические параметры мостовой схемы датчика массового расхода воздуха. Слишком раннее открытие ускных клапанов при работе на малых и средних оборотах ухудшает наполнение цилиндров. ОГ проникают во ускной трубопровод и сильно обедняют свежую смесь. Нарушение фаз газораспределения приводит к уменьшению коэффициента наполнения и увеличению коэффициента остаточных газов. Изменение фаз газораспределения получило распространение в двигателях с двумя распределительными валами, один из которых служит для открытия ускных клапанов, другой выпускных клапанов. п 100

6 В данной работе применена система с изменением натяжения цепи по принципу гидравлического кольца. Изменение фаз газораспределения при помощи разрезной шестерни производится только для ускных клапанов. Применение разрезанной шестерни распредвала дает возможность, не ослабляя натяжения ремня ГРМ, изменить положение распредвала относительно коленвала. Причем шаг настройки калибруется на десятые доли градуса. Принципиальная схема разрезной шестерни ГРМ приведена на рис.. Рисунок — Принципиальная схема разрезной шестерни ГРМ Устройство устанавливается на переднем конце распределительного вала, управляющего ускными клапанами. Настройка такого на эффективные ФГР при помощи разрезной шестерни добавляет еще 3 % по мощности. При низких частотах вращения КВ обеспечивается позднее открытие ускных клапанов и минимальное перекрытие клапанов, что позволяет добиться минимально возможного обратного выброса ОГ во ускной канал, увеличения крутящего момента и снижения расхода топлива. На высоких частотах по команде ЭБУ двигателем включается электромагнит, сердечник которого соединяет вертикальный канал с пространством. Масло из центрального отверстия распределительного вала поступает под поршень, имеющий внутренние и наружные косые шлицы. Ответные шлицы имеет конец вала и ступица звездочки цепи. Двигаясь в направлении "назад", поршень за счет шлицев обеспечивает сдвиг звездочки в окружном направлении относительно вала на 1 15 в сторону более раннего уска. Это позволяет увеличить крутящий момент двигателя на высоких частотах вращения. Разработаны теоретические основы проектирования ГРМ с механической и электронной системой управления. Выявлены особенности и закономерности смесеобразования и сгорания, позволяющие разработать оптимальные алгоритмы ГРМ. Бесступенчатое изменение фаз газораспределения позволяет также улучшить работу двигателя на холостом ходу и полных нагрузках, обеспечивая повышение крутящего момента и мощности. В качестве перспективного электропривода ГРМ система управления ДВС оснащена шаговым двигателем. Драйвер шагового двигателя обеспечивает формирование временных последовательных сигналов и обеспечение необходимого тока в обмотках. Сформулированы оптимальные диаграммы единичного импульса на обмотке шагового двигателя, а также возвратного импульса на обмотке моментного двигателя. Принципиальная схема бензинового двигателя с функциональными элементами системы управления приведена на рис.3. Система содержит ЭБУ 6, сообщенный электрическими цепями ДМРВ 10, дроссельной заслонкой 13, модуль зажигания 15, датчик положения КВ и исполнительные механизмы. Цифровой микропроцессор 7 не может непосредственно обрабатывать аналоговые сигналы, поэтому в интерфейсе ввода предусматривается аналого-цифровой преобразователь АЦП. Микропроцессор управляет работой микроконтроллера с использованием ряда программ-алгоритмов, хранящихся в ПЗУ. 101

7 Риcунок 3 — Принципиальная схема бензинового двигателя с функциональными элементами системы управления:1 ДВС; камера сгорания; 3 устройство подачи воздуха; 4 дроссельный патрубок; 5 канал холостого хода; 6 блок управления ДВС;7 микропроцессор; 8 постоянное запоминающее устройство; 9 датчик положения коленчатого вала; 10 датчик массового расхода воздуха; 11 клапан холостого хода; 1 привод клапана холостого хода; 13 дроссельная заслонка; 14 датчик положения дроссельной заслонки; 15 модуль зажигания; 16 топливная форсунка; 17 свеча зажигания В результате выполненного комплекса работ сформулирована концепция совершенствования бензинового ДВС существующих и перспективных конструкций. Разработан и экспериментально проверен метод инженерного расчета величины закрытия ускного клапана, обеспечивая максимальное наполнение двигателя при разгоне и токсичность ОГ. Массовый расход воздуха датчиком массового расхода воздуха в зависимости от напряжения приведен на рис.4. Рисунок 4 — Массовый расход воздуха ДМРВ в зависимости от напряжения: 1-пленка -нить Датчик имеет нелинейную зависимость выходного напряжения от массового расхода воздуха. Разработана и реализована система управления ГРМ, оснащенная шаговым ДВС. Выброс токсичных веществ в ОГ в процессе эксплуатации в результате изменения технического состояния нарушения зазоров в ГРМ непрерывно увеличивается. Неплотное прилегание выпускных клапанов и нарушение зазоров в клапанном механизме сопровождается возрастанием углеводородов в ОГ и увеличением расхода топлива. При негерметичном выпускном клапане на такте сжатия часть несгоревшей смеси попадает в выпускную магистраль. ОГ прорываются в картер двигателя через увеличенные зазоры цилиндро поршневой группы двигателя с открытой системой 10

8 вентиляции и загрязняют атмосферу С m Н n. Техническая характеристика датчика массового расхода воздуха с пленочным датчиком приведена в табл.1. Таблица 1 — Техническая характеристика пленочного ДМРВ N п/п Наименование Параметр 1 Диапазон измерения массового расхода воздуха, кг/ч Диапазон рабочих температур, о С Питание датчика от бортовой сети с номинальным напряжением, В 4 Аэродинамическое сопротивление при максимальном расходе воздуха не более, кпа 5 Потребляемый ток, не более А Не более 1,0 6 Выходное сопротивление, не более, ком 3,5 7 Постоянная времени, не более, с 0,01 8 Диапазон изменения напряжения питания, В Погрешность измерения массового расхода ±4,0 воздуха, не более, % 10 Масса датчика, не более, кг 0,6 11 Наработка на отказ, не менее, ч Большой угол одновременного открытия и закрытия ускных и выпускных клапанов (перекрытие клапанов 4 o ) приводит к воспламенению хлопков во ускном трубопроводе ДВС. Из-за перебоев в искрообразовании несгоревшая смесь воспламеняется на такте выпуска. Происходит перепуск пламени во ускной трубопровод с последующим воспламенением горючей смеси в системе уска с характерными хлопком. Разработанный ДВС должен иметь угол перекрытия клапанов 4 о (на 1 % меньше по отношению к базовому ДВС). Угол запаздывания открытия ускного и выпускного клапана должен быть увеличен на о (увеличен на 5 6 %). Снижение ВВ современных ДВС на основе нейротехнологий системы управления переменными фазами ГРМ может достигать на 15 0 % при испытании автомобиля по ездовому испытательному циклу. Увеличение зазора между штангой и коромыслом на 0,1 мм повышает концентрацию выбросов С m Н n на %. Продолжительная эксплуатация автомобильного двигателя приводит к закономерному возрастанию CO и C m H n в ОГ. Неплотность прилегания выпускных клапанов является прямым следствием возрастания концентраций C m H n в ОГ. Применение ГРМ с переменными фазами обеспечивает снижение расхода топлива на 5 %, улучшение топливной экономичности на 10 % на режимах малых и средних нагрузок, снижение уровня токсичности ОГ, а также шума автомобиля. Дальнейшее улучшение ГРМ может быть обеспечено путем оптимизации параметров переменных углов открытия и закрытия клапанов во всем диапазоне режимов работы двигателя. В качестве перспективного электропривода ГРМ система управления ДВС оснащена шаговым двигателем. Драйвер шагового двигателя обеспечивает формирование временных последовательных сигналов и обеспечение необходимого тока в обмотках. Сформулированы оптимальные диаграммы единичного импульса на обмотке шагового двигателя, а также возвратного импульса на обмотке моментного двигателя. Структура типичной нейронной сети управления шаговым двигателем содержит входной, скрытые и выходной уровни. При негерметичном выпускном клапане на такте сжатия часть несгоревшей смеси попадает в выпускную магистраль. ОГ прорываются в картер двигателя через 103

9 увеличенные зазоры цилиндро поршневой группы двигателя с открытой системой вентиляции и загрязняют атмосферу С m Н n. Негерметичность выпускных клапанов, неудовлетворительное состояние седел и поверхностей приводят к увеличению С m Н n в ОГ. Увеличение зазора у ускных клапанов между штангой и коромыслом на величину 0,1 мм вызывает нарушение фаз газораспределения. Нарушение зазора между штангой и коромыслом ГРМ в сторону увеличения на 18 7 % и в сторону его уменьшения на 18 3 % сопровождается соответственно увеличением CO 1,5 1,8 и 1,0 1,5 % и С m Н n на и 30 45%. Расход топлива соответственно возрастает на 5 7 и 1,5,0 %. Большой угол одновременного открытия и закрытия ускных и выпускных клапанов (перекрытие клапанов 4 o ) приводит к воспламенению хлопков во ускном трубопроводе ДВС. Из-за перебоев в искрообразовании несгоревшая смесь воспламеняется на такте выпуска. Происходит перепуск пламени во ускной трубопровод с последующим воспламенением горючей смеси в системе уска с характерными хлопком. Применение системы изменения фаз газораспределения являются улучшение качества работы двигателя на холостом ходу; снижение расхода топлива; оптимизация крутящего момента в области средних и высоких частот вращения коленчатого вала; увеличение внутренней рециркуляции ОГ с сопутствующим ей снижением температуры газов при сгорании и уменьшением выброса оксидов азота; увеличение мощности в области высоких частот вращения КВ. При низких частотах вращения КВ обеспечивается позднее открытие ускных клапанов и минимальное перекрытие клапанов, что позволяет добиться минимально возможного обратного выброса ОГ во ускной канал, увеличения крутящего момента и снижения расхода топлива. На высоких частотах по команде ЭБУ двигателем включается электромагнит, сердечник которого соединяет вертикальный канал с пространством с левой стороны поршня. Масло из центрального отверстия распределительного вала поступает под поршень, имеющий внутренние и наружные косые шлицы. Ответные шлицы имеет конец вала и ступица звездочки цепи. Увеличение зазора между штангой и коромыслом на 0,1 мм повышает концентрацию выбросов С m Н n на %. Продолжительная эксплуатация автомобильного двигателя приводит к закономерному возрастанию CO и C m H n в отработавших газах. Изучено влияние расхода топлива и выброс ВВ за период разгона ДВС. Снижение расхода топлива за период разгона, полученное при α = 44 о, объясняется улучшением процесса смесеобразования и сгорания. Разработано и реализовано принципиально новое направление повышения эффективности газораспределительного механизма современных ДВС, основанное на переменном изменении фаз газораспределения. В момент зажигания рабочую смесь в пространстве цилиндра подают с различными фазами перекрытия. Применение ГРМ с переменными фазами обеспечивает снижение расхода топлива на 5 %, улучшение топливной экономичности на 10 % на режимах малых и средних нагрузок, снижение уровня токсичности ОГ, а также шума автомобиля. Дальнейшее улучшение ГРМ может быть обеспечено путем оптимизации параметров переменных углов открытия и закрытия клапанов во всем диапазоне режимов работы двигателя. Основные выводы и результаты В результате выполненного комплекса работ решена общая проблема и частные задачи повышения топливно-энергетической и экологической эффективности современных НТС. 104