Характарыстыкі рухавіка — у тым ліку магутнасць, крутны момант, паліўная эфектыўнасць і ўзровень выкідаў — залежаць ад дзясяткаў дакладна наладжаных фактараў. Адзін з найбольш важных, але часта недаацэненых — гэта фазы газаразмеркавання: дакладны момант, калі ўпускныя і выпускныя клапаны адчыняюцца і зачыняюцца ў кожным цыкле работы рухавіка. Сістэмы зменлівых фаз газаразмеркавання (VVT) былі распрацаваны, каб аптымізаваць гэты момант ва ўсіх умовах руху, і яны цалкам змянілі тое, як працуюць сучасныя рухавікі.
Як кіруюцца клапаны ў традыцыйным рухавіку
У звычайным чатырохтактным рухавіку ўнутранага згарання ўпускныя і выпускныя клапаны прыводзяцца ў дзеянне кулачкамі размеркавальнага вала. Форма гэтых кулачкоў вызначае тры ключавыя характарыстыкі:
- Фазу — калі клапан адчыняецца і зачыняецца адносна становішча поршня
- Працягласць — як доўга клапан застаецца адчыненым (шырыня фазы)
- Ход (пад’ём) — наколькі далёка клапан адыходзіць ад сядла
У большасці традыцыйных рухавікоў гэтыя фазы фіксаваныя — профіль размеркавальнага вала ніколі не змяняецца, незалежна ад таго, ці працуеце вы на халастым ходзе ў корку, ці разганяецеся на шашы. Гэтая нягнуткасць з’яўляецца прынцыповым абмежаваннем.
Чаму фіксаваныя фазы газаразмеркавання — гэта праблема
Паводзіны газу ўнутры цыліндра, упускных і выпускных каналаў істотна змяняюцца ў залежнасці ад абаротаў і нагрузкі рухавіка. Хуткасць патоку пастаянна вар’іруецца, а хвалі ціску ва ўпускным і выпускным трактах могуць альбо паляпшаць, альбо пагаршаць напаўненне цыліндра ў залежнасці ад фазы. З-за гэтага адна фіксаваная налада фаз газаразмеркавання не можа быць аптымальнай ва ўсіх рэжымах работы.
Вось як адрозніваюцца ідэальныя фазы газаразмеркавання ў двух распаўсюджаных сцэнарыях:
- На халастым ходзе: найлепш працуюць вузкія фазы газаразмеркавання — позняе адкрыццё і ранняе закрыццё з мінімальным перакрыццём клапанаў або зусім без яго (кароткі прамежак, калі ўпускны і выпускны клапаны адчыненыя адначасова). Гэта прадухіляе зварот выхлапных газаў ва ўпускны калектар або выхад незгарэлай сумесі ў выпускную сістэму.
- На максімальнай магутнасці: патрэбныя шырокія фазы — клапаны павінны адчыняцца раней і заставацца адчыненымі даўжэй, каб прапусціць максімальны аб’ём паліўна-паветранай сумесі ў цыліндры. Больш шырокая фаза перакрыцця таксама дапамагае больш эфектыўна выдаляць выхлапныя газы пры высокіх абаротах.
Таму канструктары рухавікоў вымушаныя ісці на цяжкія кампрамісы. Адзін фіксаваны профіль размеркавальнага вала павінен адначасова забяспечваць:
- Высокі крутны момант на нізкіх і сярэдніх абаротах
- Прымальную магутнасць на высокіх абаротах
- Плаўны, стабільны халасты ход
- Добрую паліўную эканомнасць і нізкі ўзровень выкідаў
Задаволіць усе гэтыя патрабаванні з адным статычным профілем кулачка амаль немагчыма — менавіта таму і былі вынайдзеныя зменлівыя фазы газаразмеркавання.
Што робяць зменлівыя фазы газаразмеркавання
Сістэмы зменлівых фаз газаразмеркавання дазваляюць паводзінам клапанаў рухавіка прыстасоўвацца ў рэальным часе да зменлівых умоў руху. Рэгулюючы фазу, працягласць і ход клапанаў, інжынеры могуць кардынальна перабудоўваць крывую магутнасці рухавіка без механічных кампрамісаў. Магчымыя перавагі ўключаюць:
- Павелічэнне крутнага моманту ў больш шырокім дыяпазоне абаротаў
- Больш высокую піставую магутнасць
- Палепшаную паліўную эканомнасць
- Зніжаны ўзровень выхлапных выкідаў
- Больш плаўны халасты ход і водгук на акселератар
Тыпы сістэм зменлівых фаз газаразмеркавання
Фазавярчальнікі (муфты вярчэння размеркавальнага вала)
Самы распаўсюджаны падыход VVT выкарыстоўвае фазавярчальнік — гідраўлічна прыводную муфту, якая паварочвае размеркавальны вал адносна каленчатага вала. Па меры росту абаротаў рухавіка сістэма апераджае ўпускны размеркавальны вал, прымушаючы ўпускныя клапаны адчыняцца раней. Гэта паляпшае напаўненне цыліндраў на высокіх абаротах. Большасць рэалізацый працуе толькі з упускным валам, хоць двухвальныя сістэмы (такія як Double VANOS ад BMW) рэгулююць фазы ўпуску і выпуску незалежна адна ад адной.
Сістэмы зменлівай шырыні фазы
Больш дасканалыя сістэмы выходзяць за межы простага зрушэння фазы — яны могуць таксама пашыраць ці звужаць яе. Вядомы прыклад — сістэма VVTL-i ад Toyota, якая выкарыстоўвае два профілі кулачкоў на адным вале:
- Ніжэй за 6 000 аб/мін рухам клапанаў кіруе стандартны кулачок
- Вышэй за 6 000 аб/мін кіраванне пераходзіць да другаснага кулачка з больш агрэсіўным профілем, які пашырае фазу газаразмеркавання і павялічвае ход клапана
- Па меры набліжэння рухавіка да чырвонай зоны ў 8 500 аб/мін гэты пераход забяспечвае характэрны выбух магутнасці — прыкметнае «другое дыханне» пры рэзкім разгоне
Сістэмы зменлівага ходу клапанаў
Змяняць тое, калі адчыняюцца клапаны, — гэта адно, а змяняць тое, наколькі далёка яны адчыняюцца, — зусім іншае. Сістэмы зменлівага ходу, такія як Valvetronic ад BMW або VVEL ад Nissan, дазваляюць бесперапынна рэгуляваць ход упускнога клапана ў залежнасці ад становішча акселератара.
Гэты падыход дае істотную перавагу: ён можа пазбавіць ад патрэбы ў звычайнай дросельнай засланцы. Вось чаму гэта важна:
- Традыцыйная дросельная засланка стварае частковы вакуум ва ўпускным тракце пры нізкіх нагрузках, павялічваючы насосныя страты
- Гэты вакуум запавольвае паток газу, пагаршае якасць напаўнення цыліндра і прытупляе водгук на акселератар
- Кіруючы нагрузкай рухавіка праз ход клапана, упуск можа заставацца практычна без абмежаванняў
Вынікі істотныя. Бездросельныя сістэмы зменлівага ходу звычайна забяспечваюць:
- Паляпшэнне на 8–15% паліўнай эканомнасці
- Прырост на 5–15% як піставой магутнасці, так і крутнага моманту
- Прыкметна больш востры водгук на акселератар, асабліва на нізкіх абаротах
Электрамагнітны прывод клапанаў
Самая перадавая канцэпцыя кіравання клапанамі цалкам замяняе механічныя размеркавальныя валы клапанамі з электрамагнітным прыводам. Кожны клапан адчыняецца і зачыняецца незалежна электроннымі саленоідамі, што дае сістэме кіравання рухавіком поўную свабоду ў выбары фазы, ходу і працягласці для кожнага асобнага клапана ў кожным цыкле.
Магчымасці, якія гэта адкрывае, выдатныя:
- Ідэальна аптымізаваныя фазы газаразмеркавання для кожнага рэжыму абаротаў і нагрузкі
- Адключэнне асобных цыліндраў пры руху з невялікай нагрузкай для эканоміі паліва
- Дынамічнае пераключэнне паміж цыкламі згарання — напрыклад, пераўтварэнне чатырохтактнага рухавіка ў шасцітактную канфігурацыю «на хаду»
- Поўнае пазбаўленне ад размеркавальнага вала і звязаных з ім механічных страт
Электрамагнітныя прыводы клапанаў пакуль што застаюцца пераважна на стадыі даследаванняў і распрацовак, але іх патэнцыял пераасэнсаваць эфектыўнасць рухавікоў унутранага згарання значны. Ці дойдуць яны да масавай вытворчасці ў найбліжэйшай будучыні — пакажа час.
Падвядзём вынік
Зменлівыя фазы газаразмеркавання — адна з найбольш уплывовых тэхналогій у сучасным распрацоўванні рухавікоў. Прыстасоўваючы паводзіны клапанаў да кожнай умовы руху — ад гарадскога халастога ходу да разгону з поўнасцю адкрытай дросельнай засланкай — сістэмы VVT дазваляюць інжынерам ствараць рухавікі, якія адначасова больш магутныя, больш эканамічныя і больш чыстыя, чым калі-небудзь маглі быць канструкцыі з фіксаванымі фазамі.
Тым не менш, аптымізацыя фаз газаразмеркавання мае свае межы. Атрыманне далейшага прыросту магутнасці, крутнага моманту і эфектыўнасці пры пэўным аб’ёме будзе ўсё больш залежаць ад іншых тэхналогій — камбінаваных сістэм надзіманага напаўнення, рухавікоў са зменлівай ступенню сціску і альтэрнатыўнага паліва. Але гэта ўжо тэма для іншага артыкула.
Гэта пераклад. Арыгінал можна прачытаць тут: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
Апублікавана Студзень 13, 2022 • 6 хв на чытанне
