Якість роботи двигуна, його економічність, потужність, крутний момент, економічність роботи залежать від багатьох факторів, у тому числі від фаз газорозподілу, тобто від своєчасності відкриття і закриття впускних і випускних клапанів.
У звичайному чотиритактному двигуні внутрішнього згоряння клапани приводяться в дію кулачками розподільного вала. Профіль цих кулачків визначає крутний момент і тривалість відкриття (тобто ширину фаз), а також хід клапанів.
У більшості сучасних двигунів фази не можна змінити. Та й робота таких двигунів не дуже ефективна. Справа в тому, що характер поведінки газів (паливної суміші і вихлопу) в циліндрі, а також у впускному і випускному отворах змінюється в залежності від режимів роботи двигуна. Швидкість потоку постійно змінюється, виникають різного роду коливання пружного газового середовища, які призводять до корисних резонансних, або, навпаки, паразитних заторів. Через це швидкість і ефективність наповнення циліндрів неоднакові при різних режимах роботи двигуна.
Наприклад, для роботи на холостому ході підходять вузькі фази газорозподілу з пізнім відкриттям і раннім закриттям клапанів без перекриття фаз (час, коли відкриті і впускний, і випускний клапани). чому Тому що таким чином можна виключити скидання вихлопних газів у впускний колектор і викид частини горючої суміші у вихлопну трубу.
При роботі на максимальній потужності ситуація сильно змінюється. Зі збільшенням оборотів час відкриття клапанів, природно, зменшується, але для забезпечення високого крутного моменту і потужності по циліндрах необхідно пропускати набагато більший об’єм газів, ніж на холостому ходу. Як вирішити таке складне завдання? Відкривайте клапани трохи раніше і збільшуйте тривалість їх відкриття, іншими словами, робіть фази максимально широкими. При цьому фазу перекриття зазвичай роблять тим ширше, чим вище обороти для кращого дренажу циліндрів.
Тож розробникам доводиться об’єднувати низку взаємовиключних вимог і йти на важкі компроміси під час розробки та тонкого налаштування двигунів. Судіть самі. При однакових фіксованих фазах двигун повинен мати хорошу тягу на малих і середніх обертах, прийнятну потужність на високих. Крім того, перколяція на холостому ході буде максимально ефективною та екологічно чистою. Це проблема!
Але ці завдання вже давно для конструкторів нескладні – вони здатні до невпізнання змінити характеристики двигуна, зміщуючи і змінюючи ширину фаз газорозподілу. Потрібно збільшити крутний момент? Гаразд Збільшити потужність? звичайно. Зменшити споживання? Не проблема. Однак іноді виявляється, що одними параметрами потрібно пожертвувати заради покращення інших.
Але що, якщо газорозподільний механізм навчать підлаштовуватися під різні режими роботи двигуна? Легко. На щастя, є багато способів зробити це. Одним з них є використання фазовращателя – спеціальної муфти, здатної під впливом керуючої електроніки і гідравліки повертати розподільний вал на певний кут відносно початкового положення. Таку систему найчастіше встановлюють на впуску. Зі збільшенням частоти обертання муфта повертає вал по ходу обертання, що призводить до більш раннього відкриття впускних клапанів і, як наслідок, кращого наповнення циліндрів на високих швидкостях.
Але невгамовні інженери на цьому не зупинилися і розробили ряд систем, здатних не тільки зміщувати фази, але і розширювати або звужувати їх. Цього можна досягти кількома способами, залежно від конструкції. Наприклад, в системі Toyota VVTL-i додатковий кулачок зі зміненим профілем починає працювати замість звичайного кулачка після досягнення певних обертів (6000 об/хв). Профіль цього кулачка задає інший закон руху клапана, ширші фази і, до речі, забезпечує довший хід. Коли колінчастий вал розкручується до максимальних обертів (близько 8500 об/хв), при швидкості обертання 6000-6500 об/хв, двигун як би отримує друге дихання, яке здатне дати машині жорсткий і потужний підйом при розгоні. .
Чудово змінювати крутний момент і тривалість відкриття. А що, якщо спробувати змінити висоту підйому? Адже такий підхід дозволяє позбутися дроселя і перекласти процес управління режимами роботи двигуна на газорозподільний механізм.
Чому дросельна заслінка шкідлива? Погіршує наповнення циліндрів на малих і середніх обертах. Адже у впускному тракті під закритою дросельною заслінкою при працюючому двигуні створюється високий вакуум. До чого це призводить? До високої інерційності розрідженого газового середовища (паливно-повітряної суміші), погіршення якості наповнення циліндра зарядом, зниження потужності двигуна і швидкості спрацьовування педалі газу.
Тому ідеальним варіантом буде відкрити впускний клапан лише на час, необхідний для досягнення потрібного наповнення циліндра горючою сумішшю. Відповідь інженерів – механічна система контролю підйому впускного клапана. У таких системах висота підйому і, відповідно, тривалість фази впуску змінюються в залежності від натискання педалі газу. За різними даними, економія від використання бездросельної системи управління може становити від 8% до 15%, збільшення потужності і крутного моменту – в межах 5-15%. Але це не остання стійка.
Незважаючи на те, що кількість і розмір клапанів наблизилися до максимально можливого, ефективність наповнення і очищення балонів можна зробити ще вище. за рахунок чого? Завдяки швидкості відкриття клапанів. Однак механічний привід поступається електромагнітному.
У чому ще перевага електромагнітного приводу? Справа в тому, що закон (прискорення в будь-який момент) підйому клапана можна вдосконалювати, а тривалість відкриття клапана можна змінювати в дуже широких межах. Електроніка, згідно з налаштованою програмою, може час від часу не відкривати непотрібні клапани і взагалі відключати циліндри. для чого? З метою економії, наприклад, на холостому ходу, при їзді в стабільному режимі або при гальмуванні двигуном. Крім режимів, електромагнітний газорозподільний механізм здатний прямо під час роботи перетворювати звичайний чотиритактний двигун в шеститактний. Цікаво, чи скоро такі системи з’являться на конвеєрі.
Можливо, далі підвищити економічність двигуна за рахунок ГРМ вже неможливо. Отримати ще більше потужності і крутного моменту з того ж обсягу з меншим споживанням можна буде тільки за допомогою інших засобів. Наприклад, комбінований наддув або конструкції, що змінюють ступінь стиснення, інші види палива. Але це вже зовсім інша історія.
Це переклад. Оригінал можна прочитати тут: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
