Изменение фаз ГРМ

Регулирование состава топливно-воздушной смеси в бензиновом двигателе внутреннего сгорания осуществляется по следующему принципу:

Сначала замеряется количество воздуха, которое поступило в камеру сгорания, а затем по этому показателю рассчитывается то количество топлива, которое нужно подать в цилиндр для наиболее эффективной работы двигателя на данном режиме работы.

Но почему расчет идет именно по воздуху?

Топлива в камеру сгорания мы можем подать любое количество, практически без ограничений — будет просто меняться время открытого состояния форсунок, но довести до камеры сгорания воздух в нужном количестве — это сложная задача. По пути воздух встречает много препятствий: воздушный фильтр, повороты и изгибы впускного тракта, ограниченное сечение дроссельной заслонки и, самое главное, воздуху необходимо преодолеть впускные клапана, которые открываются на довольно ограниченное время. А если еще вспомнить, движение его от воздухозаборника до впускного коллектора нельзя назвать спокойным и равномерным: пульсации, турбулентность потока и прочее, то задача эта сильно усложняется. Да и для разных режимов работы двигателя скорость и количество воздуха, проходящего в систему, будет отличаться

Насосом для воздуха служит поршень, который, двигаясь от своего верхнего положения к нижнему, создает в цилиндре разряжение. И воздух, находящийся под атмосферным давлением, стремится занять это высвободившееся пространство. А во время такта выпуска поршень выталкивает отработавшие газы (ОГ) через выпускной клапан.

Но воздух обладает определенной массой, а, значит, и инерцией. Начинать открывать впускной клапан нужно раньше на 10-30° поворота коленвала до прихода поршня в верхнее положение, т.к. воздуху еще нужно некоторое время на разгон. А разогнавшись, он не может сразу остановиться, и этим пользуются, закрывая клапан позже, т.е. поршень уже пойдет вверх, начав процесс сжатия, а воздух все еще будет поступать в цилиндр.

Процесс выпуска ОГ начинается также за 40-70° до нижнего положения поршня (к этому моменту из цилиндра уже уйдет их большая часть — 50-70%), и, двигаясь вверх, он принудительно выталкивает ОГ, которые, набрав скорость, продолжают выходить из цилиндра за счет инерции и после достижения поршнем ВМТ.

Время открытого и закрытого положения клапанов выраженное через угол поворота коленчатого вала называется фазами газораспределения.

Есть еще одно очень важное понятие: угол перекрытия клапанов — когда одновременно частично открыты и впускные и выпускные клапана. Это состояние нужно для того, чтобы улучшить наполняемость цилиндров на высоких оборотах, когда воздух поступает в цилиндр с большой скоростью, помогая выталкивать оставшиеся в камере сгорания ОГ.

Но на низких оборотах скорость воздуха мала и при большом перекрытии клапанов ОГ сначала начнут проникать во впускной коллектор, а только потом они буду выталкиваться свежим зарядом. Следовательно, на низких оборотах наполняемость цилиндров ухудшится, а значит, ухудшится и приемистость автомобиля

Выбор фаз газораспределения — это сложная инженерная задача. Двигатель классической компоновки проектируется таким образом, чтобы максимальный крутящий момент приходился на 3000 об/мин. Но в остальных режимах характеристики автомобиля будут всегда компромиссными. Например, чтобы не допустить неравномерной работы двигателя на холостом ходу, приходится повышать частоту вращения, что сказывается на увеличении расхода топлива.

Одно из конструктивных решений, позволяющее избежать компромиссов — изменение фаз ГРМ — применяется на автомобиле Foton Sauvana. В приводных шкивах как впускного, так и выпускного валов размещается устройство с гидравлическим приводом от масляной системы автомобиля, которое по команде от электронного блока управления способно проворачивать распредвал относительно шкива, а, следовательно, и относительно коленвала.

Моменты открытия клапанов теперь могут изменяться в зависимости от фактического режима работы двигателя. Получилось добиться значительного перекрытия клапанов при высоких оборотах, и, наоборот, на холостом ходу, угол перекрытия близок к нулю.

Применение систем изменения фаз газораспределения совместно с турбокомпрессором позволило достичь отличной наполняемости цилиндров. За счет этого повысилась мощность двигателя, а также стало возможно получение максимального крутящего момента в более широком диапазоне частот вращения коленчатого вала.