Rozrząd rozrządu wałka rozrządu

Wydajność silnika, sprawność silnika, współczynnik mocy, charakterystyka momentu obrotowego i zużycie paliwa zależą bezpośrednio od wielu czynników. Jednym z ważnych elementów na liście są fazy dystrybucji gazu. Odpowiedź na pytanie, jaka jest faza dystrybucji gazu w silniku, może wyglądać następująco. W takich fazach należy zrozumieć, czy na czas otwierane i zamykane są zawory dolotowe i wydechowe.

Większość nowoczesnych ICE coraz częściej otrzymuje system do zmiany faz dystrybucji gazu, chociaż około 20 lat temu, masowo dostępny silnik czterosuwowy tego układu nie miał. W tradycyjnym silniku zawory są otwierane przez działanie na krzywki wałka rozrządu. Kształt profilu krzywki wałka rozrządu określa moment i czas otwarcia zaworu.

 Zalecamy również przeczytanie artykułu na temat układu recyrkulacji spalin EGR. Z tego artykułu dowiesz się, czym jest EGR, celem i zasadami systemu.

Parametry te stanowią tak zwaną szerokość rozkładu gazu. Dodatkowym parametrem jest również wartość skoku zaworu (wysokość jego podnoszenia).Należy pamiętać, że mieszanka paliwo-powietrze i gazy spalinowe na wlocie, nie zachowują się w ten sam ICE cylindra i do wydania, w zależności od różnych trybach pracy. Prędkość przepływu zmienia się dynamicznie, pojawiają się oscylacje mediów gazowych, które prowadzą do rezonansu lub stagnacji. Wszystko to wpływa na efektywność napełniania butli i ich przedmuchiwania w różnych trybach działania jednostki napędowej.

Fazę stałą krzywką zmuszony projektantom projektowania silnika spalinowego wewnętrznego spalania tak, aby przedstawić pewność ciągu przy niskich i średnich obrotach, ale pozostaje margines mocy, aby utrzymać prędkość pisania i dalszego przyspieszenia pojazdu, przy wyjściu z silnika spalinowego wewnętrznego spalania w maksymalnych trybów prędkości bliskiej strefy. Ponadto konieczne jest zapewnienie stabilnej pracy jednostki napędowej na wolnych obrotach, elastyczności w trybach przejściowych, a także ekonomiczności i przyjazności dla środowiska w elektrowni. Jeżeli fazy dystrybucji gazu są ustalone, to poprawa niektórych parametrów w naturalny sposób doprowadzi do pogorszenia innych. Aby rozwiązać ten problem, opracowano system zmiany faz dystrybucji gazu,który elastycznie i dynamicznie zmienia główne parametry rozrządu, w zależności od trybu pracy silnika w danym momencie.

Zmienny układ rozrządu zaworów VVT (ang. Variable Valve Timing) został zaprojektowany w celu dynamicznej regulacji parametrów pracy mechanizmu rozrządu zaworów. Ta kontrola jest wykonywana z uwzględnieniem różnych trybów pracy jednostki napędowej. Zastosowanie tego układu regulacji rozrządu zaworów pozwala na zwiększenie mocy silnika i charakterystyki momentu obrotowego. Układ VVT zapewnia oszczędność paliwa, a także zmniejsza toksyczność spalin podczas pracy silnika.

Układ zmiany rozrządu zaworów wpływa na podstawowe parametry mechanizmu dystrybucji gazu. Parametry te obejmują momenty otwarcia i zamknięcia zaworów ssących i wydechowych, czas otwarcia zaworu i wysokość jego wzrostu. Parametry te są w fazie końcu krzywki, ponieważ zależy od długości wlotowego i wylotowego udar, który jest wyrażony przez kąt, pod którym wał korbowy silnika jest obracany względem martwego położenia (DMP i GMP) podczas ruchu tłoka w cylindrze.Kształt krzywki wałka rozrządu determinuje rozrząd wału rozrządu, ponieważ rozpatrywana krzywka ma bezpośredni wpływ na zawór rozrządu lub zawór rozrządu.

Jaka jest potrzeba zmiennego układu rozrządu zaworów

Aby osiągnąć największą wydajność w odniesieniu do dynamicznie zmieniających się trybów pracy silnika spalinowego wewnętrznego spalania, potrzebna jest inna wartość faz dystrybucji gazu. W trybie bezczynności "wąskie" fazy rozkładu gazu stają się najbardziej racjonalne, co rozumie się jako późniejsze otwieranie i zamykanie zaworów. Eliminuje to zachodzące na siebie fazy, co odnosi się do czasu równoczesnego otwarcia zaworu wlotowego i wylotowego. Jest to konieczne, aby wykluczyć przedostawanie się spalin do wlotu i wyrzucanie mieszaniny paliwowo-powietrznej do kolektora wydechowego.

Moc silnika do trybu maksymalnej mocy oznacza wzrost prędkości, ponieważ wałek rozrządu obraca się szybciej, a czas otwarcia zaworu jest skrócony. Aby nie stracić mocy i momentu obrotowego przy wysokich obrotach, silnik powinien otrzymać o wiele więcej mieszanki paliwowo-powietrznej, a wydajność spalin powinna być jak najskuteczniej wdrożona.Zadanie jest rozwiązywane poprzez wczesne otwarcie zaworów i zwiększenie czasu ich otwierania, dzięki czemu faza "jest szeroka". Faza nakładania się również rozszerza się do maksimum wraz ze wzrostem obrotów, co jest konieczne do wysokiej jakości przedmuchiwania cylindrów.

Jeśli silnik pracuje przy niskich obrotach, potrzebne są najkrótsze fazy dystrybucji gazu. Oznacza to, że czas otwarcia zaworów powinien być minimalny, zapewniając tak zwane "wąskie" fazy. Wysoka prędkość obrotowa silnika wymaga pełnego odwrotu w postaci "szerokich" faz dystrybucji gazu. Czas otwarcia zaworu musi zostać zwiększony do maksimum, równolegle zapewniając cykle dolotowy i wylotowy, jak również efektywne nakładanie.

Kamera krzywkowa ma kształt, który może zapewnić zarówno realizację wąskiej, jak i szerokiej fazy. Problem polega na tym, że ustalony kształt krzywki nie pozwala na jednoczesne osiągnięcie wąskich i szerokich faz dystrybucji gazu. Okazuje się, że kształt krzywki został wybrany z oczekiwaniem optymalnej równowagi między wysokim momentem obrotowym przy niskich obrotach silnika i maksymalną mocą silnika w trybie dużej prędkości wału korbowego.System rozrządu pozwala znacznie większą elastyczność, aby zmienić te ustawienia, to jest dosłownie „dostosowanie” taktowanie dla określonej prędkości obrotowej silnika, aby osiągnąć najlepszy zwrot z sprawności silnika i paliwa.

Systemy zmiany faz dystrybucji gazu są reprezentowane przez kilka typów. Główne różnice dotyczą tych i innych parametrów dopasowania czasu w procesie jego działania. Obecnie stosowane są następujące rozwiązania w zakresie kontroli faz dystrybucji gazu:

  • system obrotu wałka rozrządu;
  • krzywkowe wałki rozrządu z różnymi profilami;
  • system do zmiany wysokości podnoszenia zaworów;

System oparty na sprzęgu uruchamianym hydraulicznie

Rozpowszechniony system rozrządu, zasada, która opiera się na realizacji obrotu wałka rozrządu. Takie systemy sterowania faz rozrządu to: VVT-I Japoński system Dual VVT-i, decyzja niemieckiego koncernu BMW o nazwie VANOS, podwójny VANOS, obwód VVT od Volkswagena, zarządzanie zaworów VTEC rozrządu przez Hondę system CVVT marki Hyundai, Kia i obawy Regulacja fazy GM, VCP z Renault itp.

Działanie powyższych układów opiera się na niewielkim obrocie wałka rozrządu podczas jego obrotu.Ta metoda pozwala osiągnąć wczesne otwarcie zaworów w porównaniu z ich podstawową pozycją wyjściową. Ten typ zmiennego układu rozrządu zaworów składa się ze specjalnego sprzęgła, które jest sterowane hydraulicznie i dodatkowego układu sterowania sprzęgła. Sprzęgło obsługiwane hydraulicznie w mechanice nazywa się przesunięciem fazowym.

Wałek rozrządu jest obracany za pomocą elektroniki sterującej i hydrauliki, a system najczęściej wpływa tylko na zawory wlotowe. Wzrost ICE obrotów prowadzi do tego, że przesuwnik fazowy wykonuje rozruchu wałka rozrządu w jego trakcie obracania się zawór wlotowy otwiera wcześniej, cylindry są napełniane mieszaniną bardziej efektywnie pracuje w trybie dużej prędkości.

Okazuje się, że sprzęgło hydrokontrolowane realizuje obrót wałka rozrządu. To połączenie konstruktywnie obejmuje:

  • wirnik, który jest połączony z wałkiem rozrządu;
  • obudowa, która działa jako wałek rozrządu napędu koła pasowego;

W niektórych wnękach, które znajdują się pomiędzy wirnikiem a kołem pasowym, dostaje się do niego olej silnikowy z układu smarowania silnika spalinowego. Olej w sprzęgle zasilany jest specjalnymi kanałami.Gdy olej silnikowy napełnia jedną lub drugą wnękę sprzęgła, wirnik obraca się względem obudowy. Ten obrót wirnika oznacza, że ​​wałek rozrządu również zostanie obrócony do wymaganego kąta.

Najczęściej miejscem montażu hydraulicznie uruchamianego sprzęgła jest napęd wałka rozrządu, który jest odpowiedzialny za działanie zaworów ssących. Istnieją również konstrukcje ICE, kiedy podobne sprzęgacze-przesuwniki fazowe stoją zarówno na wale rozrządu wlotowym, jak i na wałku rozrządu wydechu. To rozwiązanie pozwala na szerzej i efektywniej dostosowywać czas taktowania wlotu i wylotu, ale komplikuje mechanizm.

Sterowanie elektroniczne automatycznie dostosowuje działanie hydraulicznie sterowanego sprzęgła. System takiego zarządzania obejmuje:

  • grupa czujników wejściowych;
  • elektroniczna jednostka sterująca;
  • lista urządzeń wykonawczych;

Układ sterowania otrzymuje odczyty z czujnika Halla, który szacuje położenie wałków rozrządu. Dodatkowo używane są inne czujniki, które są używane przez komputer do sterowania pracą całego silnika.

Obejmują one czujnik mierzący prędkość obrotową wału korbowego, czujnik temperatury cieczy chłodzącej (OC), czujnik przepływu powietrza i inne.Sygnały z tych czujników podawane są do komputera, który następnie wysyła odpowiedni sygnał do specjalnego urządzenia sterującego (wykonawczego).

Takie urządzenie, które wpływa na elektroniczny zespół sterujący silnikiem, jest zaworem elektromagnetycznym (rozdzielacz elektrohydrauliczny). Zawór jest zaworem, który zapewnia dostęp w razie potrzeby przepływ oleju silnikowego do sprzęgła hydrocontrolled i realizuje usuwanie oleju z phasera. Zależy to od trybu, w którym działa jednostka napędowa.

Układ ten zmienia rozrządu za pomocą sprzęgła w momencie silnik pracuje na biegu jałowym (silnik pracuje przy bardzo małej prędkości), maksymalny poziom mocy przy dużych prędkościach, a także w trybie, gdy silnik spalinowy wewnętrznego spalania prowadzi się przy maksymalnym momentem obrotowym.

System stopniowej zmiany faz газораспределения

Ewolucja zmiennych układów rozrządu zaworów pozwoliła inżynierom nie tylko przeprowadzić przesunięcie fazowe, ale także skutecznie wykonać ich rozszerzanie i kurczenie. Następnym typem zmiennego układu rozrządu zaworów są rozwiązania oparte na zastosowaniu krzywek innego typu wałka rozrządu.Dzięki tej metodzie możliwe jest osiągnięcie skokowej zmiany punktu czasowego, w którym zawór się otwiera, a także zmianę wysokości samych zaworów. Na liście podobnych systemów znajduje się VVTL-i od auta giganta Toyot, VTEC japońskiej Hondy i MIVEC od Mitsubishi, decyzja Audi pod nazwą Valvelift System i inne.

Systemy te są do siebie podobne zarówno konstruktywnie, jak i zgodnie z zasadą działania. Tylko niemiecki system Valvelift nieco się różni. Najbardziej znanym był system VVTL-i, VTEC i MIVEC. Sercem takich systemów zmiennych faz rozrządu są krzywki o różnych profilach, a także układ sterowania. Wałek rozrządu w takich układach regulacji rozrządu wałków ma dwie małe krzywki, a także jedną większą krzywkę. Mniejsze krzywki ze specjalnym wahaczem (rocker) są połączone z zaworami wlotowymi. Duża krzywka jest odpowiedzialna za przesunięcie jednego nieużywanego wahacza.

Ten system zmiennych faz rozrządu pozwala na przełączanie z małych kamer na duże, w zależności od trybu działania ICE. Przejście między trybami uzyskuje się dzięki temu, że uruchamiany jest specjalny mechanizm blokujący.Ten mechanizm blokujący jest oparty na napędzie hydraulicznym.

Gdy silnik pracuje z małą prędkością i przy małym obciążeniu, zawory wlotowe są uruchamiane przez małe krzywki wałka rozrządu, fazy rozrządu w tym trybie mają krótki czas trwania (wąska faza).

Jeśli silnik obraca się do pewnej prędkości, układ sterujący uruchamia mechanizm blokujący. W rezultacie szczęki małych i dużych szczęk są połączone, co zapewnia sztywność konstrukcji. Połączenie jest wykonane za pomocą specjalnego kołka blokującego, a siła na zaworach wlotowych zaczyna płynąć z jednej dużej krzywki. Mały wałek rozrządu z dużą prędkością silnika staje się nieaktywny.

Istniejące odmiany systemów VTEC mogą mieć jednocześnie trzy tryby kontroli czasu. W tej modyfikacji, przy niskich prędkościach obrotowych, jedna mała krzywka wałka rozrządu, która otwiera tylko jeden zawór wlotowy. Dwie małe krzywki są używane w trybie średniego obciążenia i prędkości obrotowej silnika, zapewniając otwarcie dwóch zaworów wlotowych.Duża kamera wchodzi w grę, gdy jednostka napędowa opuszcza tryb rpm, zbliżając się do prędkości maksymalnej.

Zmienny układ rozrządu zaworów I-VTEC, który jest prezentowany przez producenta Honda, łączy w sobie główne zalety rozwiązań zarówno dla VTC, jak i VTEC. Trójstopniowa regulacja zapewnia znaczne oszczędności paliwa. Przy niskiej prędkości połowa zaworów ssących praktycznie nie wykazuje żadnej aktywności. Zwiększenie prędkości do poziomu średniej prędkości łączy dezaktywowane zawory, ale ich wysokość nie oznacza pełnego otwarcia.

Wychodzenie z trybu maksymalnej prędkości powoduje, że zawory wlotowe działają z centralnej krzywki o dużym rozmiarze. Ta krzywka ma specjalny profil, który jest specjalnie dobrany w celu uzyskania maksymalnego podniesienia zaworów, co oznacza wzrost zwrotu z ICE w trybach zasilania urządzenia. Takie podejście znacznie zwiększyło zdolność do zarządzania parametrami czasowymi dla skutecznej kontroli silnika w różnych trybach.

Jeśli weźmiemy pod uwagę przykład z układem VVTL-i firmy Toyota, to po zwolnieniu silnika z takim rozwiązaniem z prędkością około 6000 obr./min, standardowa krzywka wałka rozrządu zostanie usunięta z zadania i zastąpiona krzywką ze zmodyfikowanym profilem.Ta krzywka zapewnia algorytm łuku dla działania zaworu, przesuwa (rozszerza) fazę i zwiększa wysokość jej wzrostu. W praktyce oznacza to, że gdy silnik przejdzie w tryb dużej prędkości, silnik będzie miał gwałtowny wzrost siły ciągu niezbędny do zapewnienia dalszego pewności przyspieszenia.

Schemat systemu VVTL-i oparty jest na następującym algorytmie. Czas otwarcia i wysokość zaworów wlotowych są regulowane podobnie do innych rozwiązań. Gdy silnik pracuje w trybie obrotów do 6000 obr./min, wówczas zawór jest uruchamiany przez mniejszą krzywkę rozrządu, która naciska na kołyskę, a tym samym otwiera zawory. Po zestawie obrotów powyżej określonego znaku, wysoka krzywka ze specjalnym profilem zaczyna sterować otwieraniem zaworów. Aby go aktywować, porusza się specjalny biszkopt pod naciskiem oleju.

Aby terminowe dostawy oleju silnikowego na specjalnej autostradzie w dokładnie właściwym momencie spełnia system kontroli. Ciśnienie oleju i ruch biszkoptu pozwala krzywce wałka rozrządu poprzez specjalny trzpień, który był wcześniej w pozycji swobodnej, do rozpoczęcia działania na zaworze za pomocą wahacza.

System regulacji wysokości zaworu

Dalszy rozwój układu rozrządu zaworów doprowadził do pojawienia się złożonych rozwiązań, które opierają się na sterowaniu wysokością zaworów. Innowatorem w tej dziedzinie była firma BMW, która wprowadziła w swoich silnikach układ o nazwie Valvetronic w 2001 roku.

Regulacja wysokości podnoszenia zaworu dodatkowo pozwoliła wykluczyć zawór dławiący ze schematu w odniesieniu do głównych trybów pracy silnika spalinowego. Obecność klapy znacznie zmniejsza wydajność napełniania cylindrów mieszanką paliwowo-powietrzną w trybie niskiej i średniej prędkości. Przyczyna leży w fakcie, że w kolektorze dolotowym (w obszarze przepustnicy) podczas pracy silnika spalinowego występuje rozrzutność. Mieszanina paliwowo-powietrzna w takich warunkach rozrzedzenia staje się obojętna, cylindry są napełniane mniej wydajnie, reakcja na przygnębienie pedału gazu traci swą ostrość i staje się wolna.

Najlepszym rozwiązaniem tego problemu jest mechaniczne otwarcie zaworu wlotowego w czasie niezbędnym do skutecznego napełnienia cylindra działającą mieszanką paliwowo-powietrzną.Czas trwania fazy ssania (fazy ssania) w systemach regulujących wysokość podnoszenia zaworu zależy od tego, jak mocno naciśnięto pedał gazu. System bezstykowej kontroli umożliwia znaczne zaoszczędzenie paliwa (do 15% w porównaniu z innymi rozwiązaniami), a także zwiększa charakterystykę mocy o 10% lub więcej.

Strukturalnie, czas w takich systemach jest w stanie kontrolować działanie elektrowni w różnych trybach. Podobna zasada opiera się również na rozwiązaniach Valvematic Toyoty, rozwiązaniu VEL Nissana, Peugeota VTI i innych. W odniesieniu do systemu podnoszenia Valvetronic, możliwość sterowania tym parametrem jest realizowana dzięki specjalnemu schematowi kinematycznemu. Rozwiązanie Valvetronic jest umieszczane na zaworach wlotowych. Tradycyjna konstrukcja, która obejmuje krzywkę krzywki rozrządu, wahacz (wahacz) i zawór, ewoluowała jako instalacja dodatkowych elementów.

Układ ma mimośrodowy wałek, a także dźwignię pośrednią. Wał mimośrodowy zaczyna się obracać pod wpływem siły generowanej przez silnik elektryczny za pomocą przekładni ślimakowej.

Ten obrót mimośrodowego wału wpływa na dźwignię pośrednią, w wyniku czego zmienia się jej położenie (przesunięcie punktu podparcia).Zmiana położenia powoduje ruch wahacza tak, że zawór jest przesuwany (otwierany) dokładnie o wymaganą wielkość.

System zmiany wysokości podnoszenia zaworu działa nieprzerwanie, a wysokość podnoszenia zaworów zależy bezpośrednio od konkretnego trybu pracy jednostki napędowej. Zawór może wzrosnąć w zakresie od 0,2 do 12 mm. System VEL firmy Nissan zapewnia podnoszenie zaworu w zakresie od 0,5 do 2 mm.

Elektromagnetyczny siłownik zaworu

Dzisiaj projektanci ICE niemal w pełni wykorzystują potencjał czasu. Przewiduje się maksymalną możliwą liczbę zaworów na cylinder, a same wielkości zaworów osiągną limit. Ale ewolucja silnika na tym etapie trwa. Poprawienie napełniania i przedmuchiwania cylindrów silnika może być również spowodowane prędkością, z jaką można zrealizować otwieranie i zamykanie zaworów. Chodzi o czas, w którym zawory mają napęd elektromagnetyczny (elektromechaniczny), który zastępuje mechaniczne sterowanie elektroniczne. Co więcej, wałek rozrządu w takim momencie jest całkowicie nieobecny.

Czas napędu elektromagnetycznego o nazwie EVA (Eng.Elektromagnetyczny siłownik zaworu) i pozwala na jak najszersze zmienianie faz dystrybucji gazu. Układ z napędem elektromagnetycznym może otwierać tylko niezbędne zawory (co jest analogiczne do kontrolowanego odłączania cylindrów) i wykonywać to w określonym czasie, w zależności od trybu działania ICE. Rozwiązanie jest w stanie zaoszczędzić paliwo na biegu jałowym, w momencie hamowania silnikiem itp. Ilość powietrza wchodzącego do cylindra silnika jest regulowana przez czas otwarcia zaworu wlotowego.

Długość samego skoku zaworu nie jest parametrem regulowanym. Zawór jest mocowany za pomocą sprężyny i ma również kotwę. Taka kotwica zaworu elektromagnetycznego jest umieszczona pomiędzy dwoma elektromagnesami o określonej mocy. Zadaniem takich elektromagnesów jest utrzymywanie zaworu w jednej lub drugiej skrajnej pozycji.

Dokładność położenia, w którym zawór ma być ustalony, określa indywidualny czujnik przeznaczony do tego celu. Zmniejszenie niszczących obciążeń na elektromagnetycznym zaworze rozrządu w momencie, gdy zawór zbliża się do jego skrajnego punktu (zwłaszcza gdy gniazda zaworu w gnieździe) jest spowodowane "hamowaniem" zaworu.