Фази газорозподілу чотиритактних двигунів
Якість роботи двигуна - його коефіцієнт корисної дії, момент, що крутить, економічність і потужність залежать від різних факторів, в їх перелік входить і фази газорозподілу, тобто своєчасність закриття і відкриття випускних і впускних клапанів. У стандартному чотиритактному двигуні внутрішнього згоряння клапан завжди приводять у дію кулачком розподільного валу. Профіль кулачка визначає тривалість та момент відкриття (тобто ширину фази), а також величину ходу клапана.
У більшості двигунів у світі фази змінюватися що неспроможні. Робота таких моторів не відрізняється ефективністю. Справа в тому, що поведінка газів (вихлопу та горючої суміші) у циліндрі, а також у випускному та впускному трактах залежно від режимів роботи мотора, постійно змінюється. Постійно виникають різного роду коливання пружного газового середовища, змінюється швидкість течії, все це призводить до паразитних застійних явищ або, навпаки, корисних резонансних. Через це ефективність та швидкість наповнення циліндрів у різні режими роботи двигуна неоднакові.
У двигунах внутрішнього згоряння, фази газорозподілу - це моменти закриття та відкриття випускних та впускних вікон (клапанів). Фази газорозподілу зазвичай виражають у градусах повороту коленвала і відзначають по відношенню до кінцевих або початкових моментів відповідних тактів.
Так, наприклад, для роботи двигуна на холостому ході доречні короткі фази газорозподілу з раннім закриттям іпізнім відкриттям клапанів без перекриття фаз (того часу, коли випускний та впускний клапани відкриті разом). Від чого це відбувається? Так, так вдається виключити закидання у впускний колектор вихлопних газів і викид у вихлопну трубу частини горючої суміші.
Тюнери часто мудрують зі зрушенням фаз за допомогою збірних зірочок. Змінивши штатний розподільчий вал, на вал вищого рівня - «спортивний», з іншими фазами, можна досягти гарного збільшення потужності.
Коли мотор працює на максимальній потужності ситуація докорінно змінюється. Зі збільшенням оборотів час відкриття клапанів природно скорочується, але для забезпечення потужності і високого моменту, що крутить, через циліндри треба прогнати великий обсяг газів, в порівнянні з об'ємом на холостому ходу. Як вирішити таке складне завдання? Збільшувати тривалість відкриття клапанів і відкривати їх трохи раніше, тобто зробити максимально широкими фази. При цьому щоб циліндри краще продували, фазу перекриття зазвичай роблять трохи ширше.
Так що при доведенні двигунів або їх розробці конструкторам доводиться йти на складні компроміси та ув'язувати низку взаємовиключних вимог. Самі судіть. З однаковими фіксованими фазами мотор повинен мати хорошу тягу на середніх і низьких оборотах, і до того ж прийнятною потужністю - на високих. На додаток до цього у нього має бути стійка робота на холостому ході, він має бути максимально екологічним та економічним. Завдання?
Однак конструктори такі завдання клацають як насіння вже давно, вони здатні за допомогою зміни ширини фаз газорозподілу та їх зсуву змінювати характеристики двигуна до невпізнання. Хочете підняти крутний момент? Будь ласка. Збільшити потужність? Не проблема. Зменшити витрати? Теж зможемо.Щоправда, іноді так виходить, що за поліпшення потрібних показників доводиться погіршувати інші.
А якщо навчити механізм газорозподілу підлаштовуватися під різні режими роботи двигуна? Легко. І тому придумано безліч способів. Один з яких - застосування фазообертача - спеціальної муфти, здатної під дією гідравліки та керуючої електроніки повертати розподільний вал на деякий кут щодо його початкового положення. Найчастіше таку систему встановлюють на впуску. Муфта провертає вал по ходу обертання з підвищенням оборотів, що тягне за собою раннє відкриття впускних клапанів і в результаті кращу наповнюваність циліндрів на високих оборотах.
Чим шкідлива заслінка?
Заслінка погіршує наповнення циліндрів на середніх та низьких оборотах. Адже у впускному тракті під прикритим дроселем під час роботи двигуна створюється сильне розрідження. До чого воно може спричинити? До великої інертності розрідженої паливоповітряної суміші (газового середовища), зниження віддачі, погіршення наповнення циліндра свіжим зарядом та зменшення швидкості відгуку на натискання педалі акселератора.
Тому ідеальним було б відкриття впускного клапана тільки на час, необхідний для досягнення необхідного наповнення циліндра горючою рідиною. Як кажуть інженери, нас врятує лише механічна система керування впускних клапанів. У таких системах тривалість фази впуску і, відповідно, висота підйому змінюються залежно від ступеня натискання на педаль газу. За різними даними, економія від застосування такої системи управління може становити від 10% до 17%, приріст моменту та потужності в межах 5-14%. Але це не показник, є ще куди прагнути.
Незважаючи на те, що розміри та кількість клапанів наблизилися до максимальноможливим, ефективність очищення та наповнення циліндрів можна зробити ще краще. За рахунок швидкості відкриття клапанів. Щоправда, механічний привід тут здасть електромагнітному позиції.
У чому ще плюси електромагнітного приводу?
У тому, що закон підйому клапана (прискорення в кожний момент часу) можна довести до ідеальних показників, а тривалість відкриття клапанів можна буде змінювати у дуже широких межах. Згідно з прописаною програмою електроніка іноді може не відкривати непотрібні клапани, а циліндри зовсім відключати. Навіщо це робити? Природно з метою економії, наприклад, при гальмуванні двигуном, при русі в режимі або русі на холостому ходу. Прямо в режимі роботи електричний ГРМ може перетворити звичайний чотиритактний двигун на шеститактний.
На завершення хочеться сказати, неможливо збільшувати рівень ефективності двигуна до нескінченності. Незважаючи на зміну фаз газорозподілу чотиритактних двигунів, встановлення на них покращеного газорозподільного механізму, і т.д.