Суть эксперимента в том, что благодаря ему мы реально ощущаем, что воздух имеет массу (m) и импульс (p = mV). Таким образом, чем больше бездействие.
Что такое фазы газораспределения и как они работают
Время между открытием клапанов двигателя и их полным закрытием по сравнению с мертвой точкой движения поршня называется фазой синхронизации клапанов. Их влияние на работу двигателя огромно. Например, распределение фаз по времени зависит от того, насколько эффективно двигатель заполняет и очищает валики во время работы. Это напрямую влияет на расход топлива, мощность и крутящий момент.
В настоящее время существует два типа двигателей: двигатели, последовательность работы которых нельзя изменить насильственным путем, и двигатели с изменяемой фазой газораспределения (например, CVVT). В двигателях первого типа фаза определяется экспериментально во время проектирования и расчета силовой установки.
Визуально все это показано на специальной диаграмме фаз распределительного вала. Верхняя и нижняя мертвые точки (TDC и NTM соответственно) — это крайние положения движения поршня, соответствующие кратчайшему и наибольшему расстояниям между любой точкой на поршне и вращением коленчатого вала двигателя. Точки открытия и закрытия клапанов (длина фазы) указываются с точностью до градуса и рассматриваются в зависимости от вращения коленчатого вала.
Фаза контролируется синхронизатором (зубчатой передачей), который состоит из следующих элементов
Рабочий цикл двигателя всегда состоит из тактов, каждый из которых соответствует определенному положению клапана впуска и выпуска. Таким образом, начало и конец фазы зависит от угла поворота коленчатого вала по отношению к распределительному валу, который управляет положением клапанов.
Коленчатый вал делает два оборота за каждый оборот распределительного вала, общий угол составляет 720°.
Следующий пример показывает, как работает спектр распределительных валов в четырехтактном двигателе (см. изображение).
- Введение Плунжер перемещается из ТДЦ в НТМТ, а коленчатый вал поворачивается на 180º. Выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается. Выпускной клапан открывается на 12º раньше, чем положено по графику.
- Сжатие. Плунжер перемещается из положения NFT в положение TFT, а коленчатый вал делает еще 180º (360º от исходного положения). Выпускной клапан остается закрытым, а впускной клапан остается открытым до тех пор, пока коленчатый вал не повернется на 40º.
- Инсульт Плунжер перемещается от TDC к NTMT при воспламенении воздушно-каучуковой смеси. Впускной клапан находится в закрытом положении, а выпускной клапан предварительно открыт, если коленчатый вал еще не достиг 42º к TDC. На этом маршруте коленчатый вал изменяется на 180º (540º от первоначального положения).
- Испарение. Плунжер перемещается от НТМТ к ТДЦ, выталкивая выхлопную трубу наружу. В этот момент впускной клапан закрыт (12º открыт в TDC), а выпускной клапан остается открытым еще на 10º после того, как коленчатый вал достигнет TDC. Общее вращение коленчатого вала в этой фазе также составляет 180º (720º от начальной точки).
Фаза синхронизации также зависит от профиля распределительного вала и положения осевого распределительного вала. Таким образом, если они импортируются и экспортируются, время работы клапана также будет одинаковым.
Почему выполняется запаздывание и опережение срабатывания клапанов?
Для улучшения наполнения цилиндра и обеспечения более сильного зазора выхлопных газов, клапан не активируется, когда поршень достигает мертвой точки, а происходит небольшое опережение или задержка. Впускной клапан открывается до того, как плунжер достигнет TDC (от 5° до 30°). Это позволяет более концентрированно впрыскивать свежий груз в камеру сгорания. Тем временем впускной клапан закрывается с задержкой (после достижения поршнем нижней мертвой точки), позволяя цилиндру продолжать наполняться топливом под действием инерционных сил, называемых инерционной тягой.
Выпускной клапан также открывается вперед (от 40° до 80°), пока поршень не достигнет нижнего зазора, позволяя большей части продуктов сгорания выйти под собственным давлением. Вместо этого выпускной клапан закрывается с задержкой (после прохождения поршнем верхней мертвой точки), и силы инерции продолжают удалять отработавшие газы из полости цилиндра, что делает очистку более эффективной.
Углы опережения и запаздывания не одинаковы для всех двигателей. Более мощные и быстрые двигатели имеют более высокие значения этих интервалов. Поэтому их временные фазы шире.
Фаза работы двигателя, при которой оба клапана открываются одновременно, называется перекрытием клапанов. Как правило, перекрытие составляет около 10°. Благодаря очень короткому сроку действия покрытия и малым отверстиям клапана утечки отсутствуют. Это хороший этап для заполнения и очистки валков, что особенно важно на высоких скоростях.
Как только впускной клапан начинает открываться, текущий уровень давления в камере сгорания становится выше атмосферного. В результате отработанный воздух очень быстро перемещается к выпускным клапанам. Когда двигатель входит во впускной тракт, камера сгорания заполняется высоким вакуумом, выпускной клапан полностью закрывается, а впускной клапан открывается до проходного сечения, достаточно большого для интенсивного заполнения цилиндра.
Особенности регулируемых фаз газораспределения
На высоких скоростях двигателю автомобиля требуется больший объем воздуха. Отсутствие регулировки фаз газораспределения также приводит к неэффективной работе двигателя, так как клапаны могут закрываться до того, как в камеру сгорания поступит достаточное количество воздуха. Для решения этой проблемы были разработаны различные методы изменения фаз газораспределения.
Первые двигатели с этой функцией были двигателями, которые могли регулировать фазу клапана ступенчато, позволяя двигателю изменять длину фазы при достижении определенного значения. Со временем появились нестандартные конструкции, которые позволяли более плавно и оптимально адаптироваться.
Самым простым решением является система изменения фаз газораспределения (CVVT). Это осуществляется путем поворота распределительного вала под определенным углом к коленчатому валу. Это позволяет изменять время открытия и закрытия клапанов, при этом фактический период фазы остается неизменным.
Для мгновенного изменения периода фаз в некоторых автомобилях используются распределительные валы с несколькими последовательными распредвалами и качающиеся распредвалы. Для обеспечения точной работы регулятора используются датчики, контроллеры и исполнительные механизмы в сборе. Они могут управляться электрически или гидравлически.
Одной из основных причин внедрения систем с изменяемым фазным распределением клапанов является ужесточение экологических стандартов на выбросы выхлопных газов. Это означает, что оптимизация сроков остается ключевым вопросом для большинства производителей.
Первые двигатели с этой функцией были двигателями, которые могли регулировать фазу клапана ступенчато, позволяя двигателю изменять длину фазы при достижении определенного значения. Со временем появились нестандартные конструкции, которые позволяли более плавно и оптимально адаптироваться.
Фазы газораспределения двигателя
Работа двигателя зависит от фаз газораспределения, т.е. от открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Ниже приведен обзор фаз газораспределения клапанов и схема их работы. Зачем они нужны и как их можно использовать для увеличения мощности автомобиля.
Время — это время, необходимое для открытия и закрытия клапана. Он представлен углом поворота коленчатого вала. Их задача — обеспечить наиболее эффективное наполнение и очистку цилиндров во время работы двигателя. Экономия топлива, эффективность и крутящий момент двигателя зависят от оптимального выбора момента.
Влияние на работу мотора
В большинстве двигателей фазировка не может быть изменена. КПД этих двигателей не очень высок. В результате скорость и эффективность наполнения цилиндров будет отличаться при работе двигателя на разных скоростях.
Узкая фаза подходит для холостого хода, когда клапаны без покрытия открываются слишком поздно и закрываются слишком рано (время одновременного открытия впускного и выпускного клапанов). Почему; Это предотвращает попадание выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части топливной смеси в выхлопную трубу автомобиля.
При работе на максимальной мощности состояние меняется. При увеличении оборотов двигателя время открытия клапанов уменьшается, но для достижения большего крутящего момента в цилиндры нужно закачать больше газа, чем на холостом ходу. Как вы это делаете? Открывайте клапаны немного раньше и открывайте их на более длительное время. Другими словами, сделайте фазу как можно более широкой.
Разработчикам автомобильных двигателей необходимо согласовать некоторые взаимоисключающие требования. Судите сами. В этой же фазе двигатель должен обладать хорошей тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью, т.е. высокой. Кроме того, он должен стабильно работать на холостом ходу и быть наиболее экономичным и экологичным.
Изменяемые фазы газораспределения
Нужно ли учить механизмы синхронизации адаптироваться к различным режимам работы двигателя?
Один из способов — использование фазовращателя. Это специальная муфта, которая под воздействием электронных и гидравлических систем управления может поворачивать распределительный вал на определенный угол относительно его исходного положения. При увеличении оборотов двигателя сцепление вращает вал в направлении вращения, заставляя впускные клапаны открываться раньше. Это приводит к лучшему наполнению цилиндров на более высоких оборотах двигателя.
Инженеры разработали ряд систем, которые позволяют не только перемещать фазы, но и увеличивать или уменьшать их количество. В зависимости от конструкции это может быть достигнуто несколькими способами.
Например, в системе VVTL-i дополнительный распределительный вал с измененным профилем заменяет обычный распределительный вал после достижения определенной скорости (6000 об/мин). Этот профиль распределительного вала обеспечивает другую схему движения клапанов, более широкую фазировку и более длинный ход. Поднимая коленчатый вал до максимальной частоты вращения (примерно 8 500 об/мин) между 6 000 и 6 500 об/мин, двигатель втягивает второй воздух. Это придает автомобилю значительную динамику при ускорении.
Изменение рабочей высоты.
Это устраняет дроссельную заслонку и переводит управление двигателем на систему клапанов. Ответ инженеров — механическая система управления впускными клапанами. В этих системах высота подъема и продолжительность фазы впуска зависят от того, как нажата педаль акселератора. Экономия при использовании безгазовых систем составляет от 8% до 15%, а увеличение мощности — от 5% до 15%.
Хотя количество и размер клапанов максимально приближены к максимальным, эффективность наполнения и очистки цилиндров может быть выше за счет скорости их открытия. Фактически, механические приводы были заменены электромагнитными приводами.
Электромагнитные приводы
Подъем клапана может быть отрегулирован до идеальной настройки, а время открытия может быть изменено до очень больших пределов. В зависимости от программы, электроника может регулярно отключать ненужные клапаны или закрывать цилиндры. Это делается по экономическим причинам. Работа двигателя на холостом ходу или торможение. Системы электромагнитных клапанов могут преобразовать обычный четырехтактный двигатель в шеститактный.
Тайминг не может быть использован для дальнейшего повышения эффективности автомобильных двигателей. Возможно, можно получить более высокую производительность при том же рабочем объеме с меньшим потреблением другими способами. Например, комбинированный нагнетатель или конструкция, изменяющая степень сжатия.
