Система изменения фаз газораспределения.VANOS VVT VVT-i VTC CVVT VCP VTEC MIVEC

Система изменения фаз газораспределения (общепринятое международное название Variable Valve Timing, VVT) предназначена для регулирования параметров работы газораспределительного механизма (смещение фаз и высоты подъема клапанов) в зависимости от режимов работы двигателя. Применение данной системы обеспечивает снижение расхода топлива, повышение мощности и выравнивания крутящего момента двигателя в широком диапазоне оборотов, топливную экономичность и снижение вредных выбросов.

К регулируемым параметрам работы газораспределительного механизма относятся:

1. Момент открытия (закрытия) клапанов;
2. Продолжительность открытия клапанов;
3. Высота подъема клапанов.

В совокупности эти параметры составляют фазы газораспределения – продолжительность тактов впуска и выпуска, выраженную углом поворота коленчатого вала относительно «мертвых» точек. Фаза газораспределения определяется формой кулачка распределительного вала, воздействующего на клапан.

На разных режимах работы двигателя требуется разная величина фаз газораспределения. Так, при низких оборотах двигателя фазы газораспределения должны иметь минимальную продолжительность («узкие» фазы). На высоких оборотах, наоборот, фазы газораспределения должны быть максимально широкими и при этом обеспечивать перекрытие тактов впуска и выпуска (естественную рециркуляцию отработавших газов).

Кулачок распределительного вала имеет определенную форму и не может одновременно обеспечить узкие и широкие фазы газораспределения. На практике форма кулачка представляет собой компромисс между высоким крутящим моментом на низких оборотах и высокой мощностью на высоких оборотах коленчатого вала. Это противоречие, как раз и разрешает система изменения фаз газораспределения.

В зависимости от регулируемых параметров работы газораспределительного механизма различают следующие способы изменяемых фаз газораспределения:

1. Поворот распределительного вала;
2. Применение кулачков с разным профилем;
3. Изменение высоты подъема клапанов.

Наиболее распространенными являются системы изменения фаз газораспределения, использующие поворот распределительного вала, в первую очередь впускного:

VANOS (Double VANOS) от BMW;
VVT-i (Dual VVT-i), Variable Valve Timing with intelligence от Toyota;
VVT, Variable Valve Timing от Volkswagen и китайских производителей;
VTC, Variable Timing Control от Honda;
CVVT, Continuous Variable Valve Timing от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors;
VCP, Variable Cam Phases от Renault.

Принцип работы данных систем основан на повороте распределительного вала по ходу вращения, чем достигается раннее открытие клапанов по сравнению с исходным положением.

Конструкция системы изменения фаз газораспределения данного типа включает гидроуправляемую муфту и систему управления этой муфтой.

1. датчик Холла впускного распределительного вала
2. гидроуправляемая муфта впускного вала (фазовращатель)
3. впускной распределительный вал
4. датчик Холла выпускного распределительного вала
5. гидроуправляемая муфта выпускного вала (фазовращатель)
6. выпускной распределительный вал
7. электрогидравлический распределитель впускного вала (электромагнитный клапан)
8. электрогидравлический распределитель выпускного вала (электромагнитный клапан)
9. блок управления двигателем
10. сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости
11. сигнал расходомера воздуха
12. сигнал датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя
13. масляный насос

Гидроуправляемая муфта (обиходное название фазовращатель, фазокрутилка, фазосдвигатель, фазер) непосредственно осуществляет поворот распределительного вала. Муфта состоит из ротора, соединенного с распределительным валом, и корпуса, в роли которого выступает шкив привода распределительного вала. Между ротором и корпусом имеются полости, к которым по каналам подводится моторное масло. Заполнение той или иной полости маслом обеспечивает поворот ротора относительно корпуса и соответственно поворот распределительного вала на определенный угол.

В большинстве своем гидроуправляемая муфта устанавливается на распределительный вал впускных клапанов. Для расширения параметров регулирования в отдельных конструкциях муфты устанавливаются на впускной и выпускной распределительные валы.

Система управления обеспечивает автоматическое регулирование работы гидроуправляемой муфты. Конструктивно она включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства. В работе системы управления используются датчики Холла, оценивающие положения распределительных валов, а также другие датчики системы управления двигателем: частоты вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости, расходомер воздуха. Блок управления двигателем принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительное устройство – электрогидравлический распределитель. Распределитель представляет собой электромагнитный клапан и обеспечивает подвод масла к гидроуправляемой муфте и отвод от нее в зависимости от режимов работы двигателя.

Система изменения фаз газораспределения предусматривает работу, как правило, в следующих режимах:

1. Холостой ход (минимальные обороты коленчатого вала);
2. Максимальная мощность;
3. Максимальный крутящий момент.

Другая разновидность системы изменения фаз газораспределения построена на применении кулачков различной формы, чем достигается ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов. Наиболее известными системами являются:

VTEC, Variable Valve Timing and Lift Electronic Control от Honda;
VVTL-i, Variable Valve Timing and Lift with intelligence от Toyota;
MIVEC, Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control от Mitsubishi;
Valvelift System от Audi.

Данные системы имеют, в основном, схожую конструкцию и принцип действия, за исключением Valvelift System. К примеру, одна из самых известных система VTEC включает набор кулачков различного профиля и систему управления.

1. блокирующий механизм (стопорный штифт);
2. малые кулачки (кулачки низких оборотов);
3. впускной клапан;
4. коромысло (рокер) первого впускного клапана;
5. промежуточное коромысло;
6. коромысло второго впускного клапана;
7. большой кулачок (кулачок высоких оборотов)

А. Режим низких оборотов двигателя
Б. Переход с одного режима на другой
В. Режим высоких оборотов двигателя

Распределительный вал имеет два малых и один большой кулачок. Малые кулачки через соответствующие коромысла (рокеры) соединены с парой впускных клапанов. Большой кулачок перемещает свободное коромысло.

Система управления обеспечивает переключение с одного режима работы на другой путем срабатывания блокирующего механизма. Блокирующий механизм имеет гидравлический привод. При низких оборотах двигателя (малой нагрузке) работа впускных клапанов производится от малых кулачков, при этом фазы газораспределения характеризуются малой продолжительностью. При достижении оборотов двигателя определенного значение система управления приводит в действие блокирующий механизм. Коромысла малых и большого кулачков соединяются с помощью стопорного штифта в одно целое, при этом усилие на впускные клапаны передается от большого кулачка.

Другая модификация системы VTEC имеет три режима регулирования, определяемые работой одного малого кулачка (открытие одного впускного клапана, малые обороты двигателя), двух малых кулачков (открытие двух впускных клапанов, средние обороты), а также большого кулачка (высокие обороты).

Современной системой изменения фаз газораспределения от Honda является система I-VTEC, объединяющая системы VTEC и VTC. Данная комбинация существенным образом расширяет параметры регулирования двигателя.

Наиболее совершенная с конструктивной точки зрения разновидность системы изменения фаз газораспределения основана на регулировании высоты подъема клапанов. Данная система позволяет отказаться от дроссельной заслонки на большинстве режимов работы двигателя. Пионером в этой области является компания BMW и ее система Valvetronic. Аналогичный принцип использован и в других системах:

Valvematic от Toyota;
VEL, Variable Valve Event and Lift System от Nissan;
MultiAir от Fiat;
VTI, Variable Valve and Timing Injection от Peugeot.

В системе Valvetronic изменение высоты подъема клапанов обеспечивает сложная кинематическая схема, в которой традиционная связь кулачок-коромысло-клапан дополнена эксцентриковым валом и промежуточным рычагом. Эксцентриковый вал получает вращение от электродвигателя через червячную передачу. Вращение эксцентрикового вала изменяет положение промежуточного рычага, который, в свою очередь, задает определенное движение коромысла и соответствующее ему перемещение клапана. Изменение высоты подъема клапана осуществляется непрерывно в зависимости от режимов работы двигателя. Система Valvetronic устанавливается только на впускные клапаны.

1. сервопривод (электродвигатель)
2. червячный вал
3. возвратная пружина
4. кулисный блок
5. впускной распределительный вал
6. наклонная часть промежуточного рычага
7. гидрокомпенсатор впускного клапана
8. червячное колесо
9. эксцентриковый вал
10. промежуточный рычаг
11. коромысло впускного клапана
12. выпускной распределительный вал
13. гидрокомпенсатор выпускного клапана
14. коромысло выпускного клапана
15. выпускной клапан
16. впускной клапан

Написано 8 августа 2018 года