4.4. Переменные фазы газораспределения

Как известно из теории крутящий момент двигателя определяется значением среднего эффективного давления и рабочего объема двигателя. В свою очередь среднее эффективное давление является функцией коэффициента наполнения, цикловой подачи топлива, индикаторного и механического КПД. Таким образом, для повышения величины крутящего момента необходимо улучшать наполнение цилиндров свежей смесью, увеличивать цикловую подачу топлива, уменьшать тепловые и механические потери.

На малых оборотах величина крутящего момента, как правило, невысока. Объясняется это ухудшением процесса смесеобразования, так как малые скорости воздуха во впускном трубопроводе и малая интенсивность вихрей в цилиндре; большими потерями тепла в стенки в следствии значительного времени соприкосновения горячих газов с более холодными стенками; плохим наполнением цилиндров по причине обратного выброса. На больших частотах вращения крутящий момент уменьшается, т.к. падает коэффициент наполнения вследствие повышения аэродинамического сопротивления впускного тракта (потери по длине, дросселирование, сопротивление в клапанной щели, в воздушном фильтре).

Как следует из вышесказанного, один из путей увеличения крутящего момента, а соответственно и мощности двигателя это улучшение наполнения цилиндров свежей смесью. Наибольшее влияние на наполнение цилиндра двигателя свежим зарядом оказывают фазы газораспределения, в частности, угол запаздывания закрытия впускного клапана. При увеличении этого угла двигатель на высоких частотах вращения развивает большую мощность вследствии дозарядки свежим зарядом. На низких же частотах при большом угле происходит обратный выброс, что ухудшает показатели двигателя. При уменьшении этого угла наблюдается противоположная картина.

Выход из сложившейся ситуации – использование переменных фаз газораспределения. Поэтому для улучшения энергетических, экологических и экономических показателей современного автомобиля многие производители на своих двигателях применяют изменяемые фазы газораспределения, подстраивающиеся под конкретный режим работы двигателя.

Механизмы, позволяющие изменять фазы газораспределения можно разделить на три группы: 1) Механизмы регулирования фаз; 2) Механизмы, позволяющие изменять как фазы, так и продолжительности открытия; 3) Механизмы регулирования фаз, подъема и продолжительности открытия.

4.4.1. Механизмы регулирования фаз

Первый вариант -это смещение фаз газораспределения. Это самый дешевый и простой способ, в тоже время самый надежный, не требующий кардинального вмешательства в конструкцию двигателя прототипа (возможно сохранение штатных распределительных валов). Данный способ можно осуществить при наличии двух распределительных валов- один вал впускной, а другой выпускной- с неизменяемыми профилями кулачков при их взаимном угловом смещении. В этом случае при неизменном время- сечении изменяются углы предварения открытия и запаздывания закрытия клапанов, а также угол перекрытия впускных и выпускных клапанов.

Недостатками такого двигателя является увеличение продольных размеров двигателя, что крайне нежелательно, особенно при поперечном расположении двигателя. На практике такой мотор требует увеличения подкапотного пространства, что не всегда возможно на серийных автомобилях.

К этим механизмам можно отнести:

Двухпозиционный винтовой механизм со шлицевым поршнем на распределительном валу

Н а (рис. 4.15) приведен эскизный чертеж такого механизма. Он состоит из шлицевого поршня 1 с возвратной пружиной, смонтированных на переднем конце впускного распределительного вала, и электромагнитного клапана, установленного в передней крышке двигателя на выходе масляного канала из распределительного вала.

Рис. 4.15. Способы изменения фаз газораспределения:

а – муфта со спиральными шлицами; б – роторный механизм: 1 - шлицевой вал; 2 – звездочка привода распределительного вала; 3 – механизм сервопривода; 4 – распределительный вал; 5 – ротор; 6 – корпус ротора

На малых оборотах при полностью открытой дроссельной заслонке электромагнитный клапан по команде электронного блока управления перекрывает масляный клапан, повышая давление масла на шлицевой поршень. Поршень перемещается в осевом направлении и поворачивает одновременно распределительный вал, относительно звездочки привода распределительного вала, соединенной неподвижно с корпусом, в сторону опережения открытия клапана на 10-15 град. На больших оборотах полной и переменных нагрузок электромагнитный клапан открывает масляный канал, давление масла на поршень уменьшается и возвратная пружина возвращает его и распределительный вал в исходную позицию. Масло при этом вытекает в поддон картера. При этом достигается увеличение запаздывания угла закрытия впускного клапана и увеличение наполнения цилиндров за счет инерционного потока.