Фазы газораспределения четырехтактного двигателя: основы работы
Фазы газораспределения - это временные интервалы, в течение которых происходит заполнение цилиндров свежей горючей смесью и выпуск отработавших газов в процессе работы двигателя внутреннего сгорания. Они оказывают значительное влияние на мощностные и экономические показатели работы двигателя.
Назначение механизма газораспределения
Газораспределительный механизм (ГРМ) - это комплекс деталей, обеспечивающий согласованную работу клапанов на впуске и выпуске в соответствии с тактами рабочего цикла двигателя. Он управляет моментами открытия и закрытия клапанов - теми самыми фазами газораспределения.
Элементы газораспределительного механизма
- Распределительный вал (валики) с расположенными на нем кулачками
- Клапаны и их привод (толкатели, штанги, коромысла)
- Цепной или ременный привод распредвала от коленчатого вала
Все элементы жестко связаны между собой и синхронизированы с работой коленвала для обеспечения нужной последовательности открытия и закрытия клапанов.
Фазы газораспределения четырехтактного двигателя
Давайте рассмотрим фазы газораспределения на конкретном примере четырехтактного бензинового двигателя:
- Впускной клапан открывается за 12° до ВМТ коленвала
- Впускной клапан закрывается через 48° после НМТ
- Выпускной клапан открывается за 52° до НМТ
- Выпускной клапан закрывается через 12° после ВМТ
Такие интервалы опережения и запаздывания открытия клапанов по отношению к ходу поршня называются фазами газораспределения четырехтактного двигателя.
Причины опережения и запаздывания фаз
Если бы клапаны открывались строго в момент достижения поршнем мертвых точек, это привело бы к снижению эффективности протекания рабочих процессов:
- Ухудшилось бы наполнение цилиндров свежим зарядом
- Снизилась интенсивность выпуска отработавших газов
Вот почему применяют опережение и запаздывание открытия клапанов относительно хода поршня - для улучшения этих процессов.
Регулировка фаз газораспределения
Для расширения эффективного диапазона работы двигателя и улучшения его технико-экономических показателей в различных режимах используется регулировка фаз газораспределения. Это позволяет оптимизировать процессы газообмена при изменении частоты вращения коленвала.
Наиболее распространены два основных метода регулировки:
- Изменение фаз сдвига распределительного вала относительно коленвала
- Изменение длительности открытия клапанов
Способы регулировки фаз газораспределения
Рассмотрим более подробно существующие способы изменения фаз газораспределения четырехтактного двигателя:
- С изменением угла поворота распредвального вала (система VVT)
- Со смещением кулачков по оси распредвала (система VVL)
- С использованием дополнительных кулачков (система VVC)
Первые два метода позволяют регулировать только фазы открытия клапанов, в то время как третий способ дает возможность изменять также длительность их открытого состояния.
Особенности установки фаз газораспределения при регулировке
При выборе параметров фаз газораспределения необходимо учитывать:
- Тип двигателя (бензиновый, дизельный)
- Его геометрические размеры и тактность (4-х или 2-х тактный)
- Назначение и expected_word_count рабочий диапазон оборотов
Обычно оптимальная настройка фаз газораспределения подбирается экспериментально в процессе тестовых испытаний.
Влияние регулировки фаз на работу двигателя четырехтактного типа
Главным образом изменение фаз газораспределения влияет на:
- Полноту сгорания топлива в камере
- Степень наполнения цилиндров воздухом
- Эффективность выпуска отработавших газов
В результате оптимизации этих процессов повышается мощность и крутящий момент при сохранении низкого расхода топлива.
Особенности установки механизма газораспределения
При монтаже механизма газораспределения необходимо обеспечить:
- Выставление заданных фаз газораспределения с точностью 1-2°
- Синхронность вращения распредвала и коленвала
- Правильный момент затяжки крепежей и регулировку зазоров
От точности установки ГРМ зависит стабильность заданных фаз газораспределения и надежная работа всего двигателя.
Проверка фаз газораспределения
После установки механизма газораспределения необходимо выполнить контроль фактических фаз газораспределения и сравнить с заданными параметрами.
Для этого используют специальные устройства - тестеры фаз газораспределения. Они позволяют замерить углы опережения и запаздывания открытия клапанов по отношению к ходу поршней с точностью до 1 градуса.
Регулировка фаз газораспределения
Если измеренные параметры отличаются от заданных более чем на 2-3°, выполняют регулировку фаз газораспределения для приведения их в соответствие.
Для нерегулируемых механизмов это достигается путем подбора прокладок нужной толщины под крышкой головки блока цилиндров и гайками крепления распредвала.
Диагностика механизма газораспределения
В процессе эксплуатации двигателя необходимо периодически проводить диагностику механизма газораспределения, чтобы:
- Выявить отклонения фактических фаз от заданных
- Обнаружить износ и повреждения деталей
При этом проверяются люфты в приводе, состояние ремня, натяжителей, уплотнений. По результатам диагностики принимается решение о необходимости регулировки или ремонта.
Типичные неисправности механизма газораспределения
К распространенным неисправностям ГРМ относятся:
- Нарушение регулировки фаз газораспределения
- Поломка или растяжение цепи/ремня привода распредвала
- Задиры и износ кулачков распредвала или толкателей клапанов
Эти неисправности могут привести к ухудшению технико-экономических параметров двигателя, а в случае серьезных повреждений - и к выходу его из строя.