Грм что это – Устройство газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: назначение, принцип работы

  • 02.07.2020

Содержание

Система изменения фаз газораспределения — Википедия

Система изменения фаз газораспределения (англ. variable valve timing, VVT) в двигателях внутреннего сгорания предназначена для изменения времени открытия клапанов и часто применяется для улучшения показателей эффективности, экономичности и токсичности. Система все более часто используется совместно с системой изменения высоты подъёма клапанов. Изменение фаз газораспределения может достигаться разными способами: полностью механическим, электро-гидравлическим и при конструкции двигателей без использования кулачков. Одной из причин внедрения автопроизводителями систем изменения фаз газораспределения является законодательное ужесточение норм токсичности.

Клапаны в двигателях внутреннего сгорания используются для управления потоками газов, втекающих и истекающих из камеры сгорания. Момент смены состояния клапана (открытие или закрытие), продолжительность нахождения в одном состоянии и высота подъёма этих клапанов в высокой степени оказывают влияние на эффективность двигателя. Без установки системы изменения фаз газораспределения или системы изменения высоты подъёма клапанов момент смены состояния этих клапанов будет независим от скорости и условий работы двигателя, что предполагает усреднённую настройку таких параметров

[1]. Система изменения фаз газораспределения позволяет избавиться от этого ограничения, позволяя улучшить эффективность во всем рабочем диапазоне двигателя.

В поршневых двигателях обычно клапаны приводятся в действие посредством распределительного вала. Кулачки открывают (поднимают) клапана на определённый промежуток времени (длительность) во время каждого цикла впуска и выпуска. Момент открытия и закрытия клапанов важен и зависит от положения коленчатого вала. Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала посредством приводного ремня, цепи или зубчатой передачи.

Для работы на высоких скоростях двигателю требуется большой объём воздуха. Однако в таком случае впускные клапана могут закрыться раньше, прежде чем в камеру сгорания поступит необходимое количество воздуха, что снижает эффективность. С другой стороны, при оборудовании двигателя распределительным валом, позволяющим клапанам дольше оставаться открытыми, например, при установке спортивных модификаций кулачков, двигатель будет испытывать проблемы при работе на низких скоростях. Открытие впускных клапанов до закрытия выпускных может приводить к выбросу не сгоревшего топлива из двигателя, что снижает эффективность двигателя и увеличивает токсичность.

Ранние системы изменения фаз газораспределения имели дискретный (ступенчатый) принцип действия. Например, одна настройка момента открытия и закрытия клапанов при работе двигателя на скорости ниже 3500 мин−1, вторая настройка — при работе двигателя на скорости выше 3500 мин−1. Более современные системы производят плавную (бесступенчатую) регулировку момента открытия и закрытия клапанов. Такие системы позволяют производить оптимальную настройку механизма газораспределения для любых скоростей и условий работы двигателя[1][2].

Одной из простейших реализаций системы изменения фаз газораспределения является система сдвига фаз, при которой распределительный вал может быть повёрнут на некоторый угол вперёд или назад относительно положения коленчатого вала. При этом клапана закрываются и открываются раньше или позже, однако высота подъёма клапанов и длительность открытия и закрытия остаются неизменны. Для возможности регулировки длительности в системе изменения фаз газораспределения требуется внедрение более сложных механизмов, включающих, например, несколько кулачковых профилей или колеблющиеся кулачки.

Позднее закрытие впускных клапанов (англ. late intake valve closing, LIVC). Первыми реализациями изменения момента закрытия клапанов были системы, позволяющие оставлять клапан открытым дольше, чем в двигателе, не оборудованном такой системой. В результате был достигнут эффект выталкивания воздуха из цилиндра во впускной коллектор во время цикла сжатия. Вытесненный из цилиндра воздух повышает давление во впускном коллекторе, вследствие чего при следующем открытии впускного клапана воздух в цилиндр будет подаваться по б́ольшим давлением. В результате внедрения позднего закрытия выпускных клапанов достигается снижение потерь до 40 % во впускном тракте, а также снижение выбросов оксидов азота (NO

x) до 24 %. Максимальный крутящий момент двигателя при этом снижается приблизительно на 1 %, а выбросы углеводородов не изменяются[2]
.

Раннее закрытие впускных клапанов (англ. early intake valve closing, EIVC). Другим способом снижения потерь во впускном тракте, применимым на малых скоростях работы двигателя, является создание высокого разрежения во впускном коллекторе, используя раннее закрытие впускных клапанов. Для достижения этого впускные клапаны должны закрываться в ходе цикла впуска. При малой загрузке потребности двигателя в топливо-воздушной смеси небольшие, однако достаточно высоки требования к наполнению ей цилиндров, что возможно достигнуть внедрением раннего закрытия впускных клапанов[2]. Исследования показали, что на двигателях с ранним закрытием впускных клапанов наблюдается снижение потерь во впускном тракте до 40 %, а также увеличение экономичности до 7 %. Также наблюдается снижение выбросов оксидов азота до 24 % в режимах с частичной нагрузкой. Возможной негативной стороной внедрения раннего закрытия впускных клапанов является существенное снижение температуры в камере сгорания, что может вызвать увеличение выбросов углеводородов

[2].

Раннее открытие впускных клапанов (англ. early intake valve opening). Ранее открытие впускных клапанов является способом существенного уменьшения токсичности. В традиционном двигателе для управления температурой в цилиндрах используется процесс, известный как перекрытие клапанов. При раннем открытии впускных клапанов часть выхлопных газов, перетекая через впускной клапан, попадает во впускной коллектор, где быстро охлаждается. При впуске инертные отработанные газы в значительной степени заполнят цилиндр, благодаря чему достигается снижение температуры в цилиндре и уменьшение выбросов оксидов азота. Также раннее открытие впускных клапанов улучшает объёмную эффективность, поскольку объём выброса отработанных газов уменьшается в ходе цикла выпуска

[2].

Раннее и позднее закрытие выпускных клапанов (англ. early/late exhaust valve closing). Внедрение этих систем позволяет достигать уменьшения токсичности. В традиционном двигателе на цикле выпуска движением поршня отработанные газы выталкиваются в выпускной коллектор и далее в выхлопную систему. Посредством раннего и позднего закрытия выпускных клапанов возможно управлять объёмом отработанных газов, остающихся в цилиндре. Оставляя клапан открытым дольше обычного, достигается более полное его очищение от отработанных газов и заполнение цилиндра б́ольшим объёмом свежей топливо-воздушной смеси. При раннем закрытии выпускных клапанов в цилиндре остаётся больше отработанных газов, благодаря чему увеличивается экономичность. Система позволяет двигателю сохранять эффективность во всех режимах работы.

Основным фактором, препятствующем повсеместному широкому внедрению системы в автомобильной промышленности, является создание экономически эффективных решений по управлению фазами газораспределения в зависимости от условий, имеющихся в двигателе.

[источник не указан 354 дня] В двигателе, работающем при 3000 мин−1, распределительный вал должен вращаться со скоростью 25 мин−1, таким образом для получения преимуществ моменты открытия и закрытия клапанов должны выбираться очень точно. Электромагнитные и пневматические системы, не использующие кулачки для привода клапанов, позволяют достичь максимальной точности в управлении моментом открытия и закрытия клапанов, однако, по состоянию на 2016 год не существует экономически эффективных реализаций для производителей массовых транспортных средств.[источник не указан 354 дня]

Паровые двигатели[править | править код]

История поиска методов изменения длительности открытия клапанов начитается во времена паровых двигателей, где изменение длительности открытия клапанов известно как «отсечение пара». В ранних паровозах использовался так называемый редуктор Стивенсона, который и осуществлял изменение «отсечения», то есть изменение времени, после которого поступление пара в рабочий цилиндр прекращалось.

Ранние системы изменения «отсечения» соединяли в себе «отсечение» поступающего пара с разными реализациями отсечения отработанного пара. Разъединение этих систем было произведено с разработкой парового двигателя Корлисса. Его принцип был широко использован в стационарных двигателях, работающих на постоянной скорости с различной нагрузкой. В них управление «отсечением» поступающего пара и, как следствие, крутящего момента, осуществлялось центробежным регулятором и запорными клапанами.

После распространения тарельчатых клапанов была внедрена упрощённая система привода клапанов посредством распределительного вала. В подобных двигателях изменение «отсечения» могло быть достигнуто разным профилем кулачков, которые передвигались по распределительному валу регулятором[3].

Авиация[править | править код]

В раннем экспериментальном двигателе V8 разработки фирмы Clerget-Blin, развивавшем 200 л. с., для изменения момента открытия и закрытия клапаном, использовался скользящий распределительный вал. В некоторых видах звездообразных двигателей фирмы Bristol Jupiter начала 1920-х годов также имеется система изменения момента открытия и закрытия клапанов, которая в основном использовалась на впускных клапанах для достижения б́ольшей компрессии

[4]. В двигателе Lycoming XR-7755 была установлена система изменения фаз газораспределения, состоящая из двух кулачков, которые могли быть выбраны пилотом: один для взлёта, ухода от погони и преследования, другой для экономичных полётов.

Автомобили[править | править код]

Желательность наличия системы, позволяющей изменять продолжительность открытия клапанов для его соответствия скорости вращения двигателя, стала очевидной в 1920-х годах, когда предел максимально достижимых рабочих оборотов двигателя стал увеличиваться. К тому времени обороты двигателя на холостом ходу и при его загрузке отличались несущественно, поэтому не было необходимости в изменении длительности открытия клапанов. Незадолго до 1919 года Лоуренс Помрой (англ. Lawrence Pomeroy), главный конструктор компании Vauxhall, разработал двигатель H-Type объёмом 4,4 л, предназначенный для замены существовавшей в то время модели 30-98[5]. В нём единственный распределительный вал мог перемещаться продольно, что позволяло использовать на нём различные профили. Первые патенты на системы изменения длительности открытия клапанов были выданы в 1920 году, например, патент США U.S. Patent 1 527 456.

В 1958 году компания Porsche подала в Германии, а также в Великобритании заявку на патент, который был опубликован под номером GB861369 в 1959 году. Патент Porsche описывал систему с колеблющимися кулачками, которые используются для увеличения высоты подъёма клапанов и времени их открытия. Десмодромные клапана приводятся в действие движущейся вверх-вниз тягой, соединённой с эксцентриковым валом или шайбовым механизмом. Неизвестно, был ли изготовлен хоть один рабочий прототип.

Первой компанией, запатентовавшей практически реализуемую на автомобилях систему изменения момент открытия и закрытия клапанов, включавшую систему изменения высоты подъёма клапанов, была Fiat. В системе, разработанной Джованни Торацца (итал. Giovanni Torazza) в конце 1960-х годов, гидравлическое давление использовалось для изменения точки опоры толкателей клапанов (U.S. Patent 3 641 988)[6]. Гидравлическое давление изменяется в зависимости от скорости работы двигателя и давления воздуха во впускном тракте. Обычное изменение момента открытия было 37 %.

Первой компанией, начавшей установку изменения момента открытия и закрытия клапанов на серийно изготовляемые автомобили, стала Alfa Romeo (U.S. Patent 4 231 330)[7]. Автомобили с системой впрыска топлива модели Alfa Romeo Spider в 1980-х годах комплектовались механической системой изменения фаз газораспределения. Она была разработана Джампаоло Гарчеа (итал. Giampaolo Garcea) в 1970-х годах[8]. Модели Alfa Romeo Spider, начиная с 1983 года, комплектуются электронной системой изменения фаз газораспределения[9].

В 1987 году свою систему изменения момента открытия и закрытия клапанов N-VCT представила компания Nissan для своих двигателей VG20DET и VG30DE[источник не указан 354 дня]. В 1989 свою систему VTEC также представила Honda[10]. Если ранние системы N-VCT от Nissan исключительно смещали фазы газораспределения, то в системе VTEC происходит переключения на другой профиль кулачка на высоких скоростях работы двигателя, чтобы увеличить максимальную мощность двигателя. Первым двигателем от Honda с системой VTEC был B16A, который устанавливался на модели Integra, CR-X и хэтчбеки Civic, поставляемые в Европу и Японию[источник не указан 354 дня].

В 1992 году Porsche представила систему VarioCam, которая стала первой системой с плавным изменением фаз газораспределения (все предыдущие системы были со ступенчатым их изменением). Система начала устанавливаться на автомобили Porsche 968 и работала только на впускных клапанах.

Мотоциклы[править | править код]

Системы изменения фаз газораспределения устанавливались на мотоциклетные двигатели, однако были приязненны бесполезными «техническими образцами» в конце 2004 года из-за увеличения веса при установке системы[11]. После этого были выпущены следующие мотоциклы с системами изменения фаз газораспределения: Kawasaki 1400GTR/Concours 14 (2007 г.), Ducati Multistrada 1200 (2015 г.) и BMW R1250GS (2019 г.).

Корабли и суда[править | править код]

Системы изменения фаз газораспределения имеют слабое распространение на корабельных двигателях. Корабельные двигатели от Volvo Penta с 2004 года комплектуются системой изменения фаз кулачков, управляемой ЭБУ двигателя, плавно изменяющей опережение или запаздывание распределительного вала[12].

Дизельные двигатели[править | править код]

В 2007 году Caterpillar разработал двигатели Acert серий С13 и С15, в которых система изменения фаз газораспределения используется для снижения выброса оксидов азота с целью избежать использования системы рециркуляции выхлопных газов после введения требований EPA в 2002 году[13].

В 2009 году компания Mitsubishi разработала и начала серийное производство двигателей I4 модели 4N13 с двумя распределительными валами объёмом 1,8 л. Этот двигатель стал первым в мире дизельным двигателем для легковых автомобилей с системой изменения фаз газораспределения[14].

У каждого производителя двигателей данная технология имеет своё название.

  • AVCS (Subaru)
  • AVLS (Subaru)
  • CPS (Proton), однако на новых моделях с 2016 года Proton называет технологию VVT
  • CVTCS (Nissan, Infiniti)
  • CVVT (разработана компаниями Hyundai и Kia, также встречается на Geely, Iran Khodro, Volvo)
  • DCVCP (General Motors)
  • DVT (Ducati)
  • DVVT (Daihatsu, Perodua, Wuling)
  • MIVEC (Mitsubishi)
  • MultiAir (Fiat/FPT)
  • N-VCT (Nissan)
  • S-VT (Mazda)
  • Ti-VCT (Ford)
  • VANOS (BMW)
  • VALVETRONIC (BMW, PSA)
  • VarioCam (Porsche)
  • VCT (Alfa Romeo)
  • VTEC, i-VTEC (Honda, Acura)
  • VTi, (Citroen, Peugeot, BMW)
  • VVC (MG Rover)
  • VVL (Nissan)
  • Valvelift (Audi)
  • VVA (Yamaha)
  • VVEL (Nissan, Infiniti)
  • VVT (Chrysler, General Motors, Proton, Suzuki, Isuzu, Volkswagen Group, Toyota)
  • VVT-i, VVTL-i (Toyota, Lexus)

Переключение кулачков[править | править код]

В этой реализации используются разные профили кулачков. В определённый момент (как правило, при определённой скорости работы двигателя) при помощи привода происходит переключение между профилями. При таком способе реализации изменения фаз газораспределения также возможно изменение высоты подъёма клапаном и изменение длительности открытия клапанов, однако это изменение всегда происходит ступенчато и плавным быть не может. Первым серийным представителем таких систем стала система VTEC компании Honda. В системе VTEC при помощи изменения гидравлического давления приводится в действие штырь, замыкающий в работу коромысло, отвечающее за высокий подъём клапанов и большое время открытия, с находящимся вблизи коромыслом, отвечающим за низкий подъём клапанов и малое время открытия.

Фазировка кулачков[править | править код]

Многие изготовляемые системы изменения фаз газораспределения работают по типу изменения фазировки кулачков посредством устройств, известных как жарг. фазовращатели (англ. variator). Это позволяет производить плавную регулировку, однако многие ранние подобные системы могли выполнять только ступенчатую регулировку. Однако, регулировка длительности открытия и высоты подъёма невозможна.

Колеблющиеся кулачки[править | править код]

В этой реализации используются колебательные или качающиеся движения частей кулачков[источник не указан 352 дня], которые выступают в роли толкателей. В свою очередь, толкатели открывают и закрывают клапана. В некоторых реализациях таких систем используется как традиционный профиль кулачков, так и эксцентриковые профили, и соединительные тяги. Принцип их действия подобен паровым двигателем, где объём пара, поступающего в рабочий цилиндр, регулируется моментом «отсечки» пара. Преимуществом таких систем заключается в плавном характере регулирования высоты подъёма клапанов и длительности открытия. Недостатком же является то, что подъём клапанов пропорционален длительности открытия, и их независимая регулировка невозможна.

Примерами подобных систем являются Valvetronic (BMW)[15], VVEL (Nissan) и Valvematic (Toyota), в них системы колеблющихся кулачков устанавливаются только на впускных клапанах.

Эксцентриковый привод кулачков[править | править код]

Системы с эксцентриковым приводом кулачков работают посредством эксцентрикового дискового механизма, который уменьшает и увеличивает угловые скорости профиля кулачков при их вращении. Уменьшение этой скорости во время, когда клапан открыт, соответствует увеличению длительности открытия клапана. Преимуществом такой системы является возможность независимой регулировки длительности открытия клапанов и высоты подъёма[16] (однако, в них невозможна регулировка подъёма). К недостаткам этих систем относится их сложность (необходимо устанавливать два эксцентриковых привода и два их контроллера на каждый цилиндр — по одной паре устройств на впускные и выпускные клапана), что увеличивает стоимость системы.

Единственным производителем, внедрившим такую системы, стал MG Rover.[источник не указан 352 дня]

Трёхмерный профиль кулачков[править | править код]

В этих системах кулачки имеют профиль, который также изменяется по их длине в форме[17], подобной конической. На одном конце кулачка представлен профиль с малой высотой подъёма клапанов и малым временем открытия, на другом конце — профиль с большой высотой подъёма клапанов и увеличенным временем открытия. В средней части длины кулачка осуществляется плавный переход между этими профилями. Плавная регулировка высоты подъёма клапанов и длительности открытия может быть осуществлена смещением места контакта толкателя клапана с профилем кулачка. Это достигается путём осевого перемещения распределительного вала («скольжением» вдоль двигателя), таким образом неподвижный толкатель клапанов будет контактировать с разными участками профиля кулачка, благодаря чему достигаются разные значения высоты подъёма клапанов и длительности открытия. Недостатком этих систем является крайне сложное проектирование профиля кулачков, поскольку конструкция должна обеспечивать минимальные контактные напряжения, возникающие из-за изменений профиля.

Обычно к использующим такую систему относят Ferrari[18][19], тем не менее остаётся доподлинно неизвестным, используются ли подобные системы в её серийных моделях.

Двухвальный комбинированный профиль кулачков[править | править код]

Об использовании этих систем в серийных двигателях информация отсутствует.

Система состоит их двух близко расположенных распределительных валов и поворотного толкателя, который приводится в действие обоими распределительными валами. Движение этого толкателя передаёт движение профилей кулачков обоих распределительных валов одновременно. Каждый распределительный вал оборудуется своей системой изменения фаз газораспределения, которых позволяют изменят угловое положение распределительных валов относительно коленчатого вала. Профиль кулачков на одном распределительном валу управляет закрытием клапанов, а профиль кулачков на другом распределительном валу — закрытием тех же клапанов. Таким образом, регулировка длительности открытия клапанов регулируется интервалом между этими событиями.

Среди недостатков таких систем можно выделить:

  • При большой длительности открытия высота профиля на одном кулачке может начать уменьшаться, в то время как на другом — увеличиваться. Это будет приводить к суммарному уменьшению высоты профиля кулачков и может вызывать недостатки в динамике двигателя. Имеются патенты, посвящённые решению в некоторой степени проблемы неравномерной высоты открытия клапанов, тем самым делающие возможной работу системы на полной высоте профиля кулачков при большой длительности открытия клапанов[20][21][22].
  • Из-за наличия в системе двух распределительных валов увеличиваются размеры системы, толкателей и других элементов.

Двухвальный комбинированный профиль кулачков с соосным расположением валов[править | править код]

Об использовании этих систем в серийных двигателях информация отсутствует.

Принцип работы системы также состоит в том, что один толкатель приводится в действие профилями кулачков, расположенных на двух разных распределительных валах. С точностью до ограничения по углу, обусловленного радиусом оконечного закругления толкателя, толкатель «ощущает» комбинацию поверхностей двух профилей кулачков как плавную, непрерывную поверхность. Когда вращение кулачков максимально выровнено, длительность открытия клапана минимальна и соответствует профилю каждого кулачка по отдельности. Наоборот, когда угол между кулачками при вращении наибольший, длительность открытия клапана максимальна. Основным ограничением подобных систем является то, что возможно только регулировка длительности открытия клапанов, равная (в градусах движения распределительного вала) закруглению профиля острого конца кулачка.

Подобный принцип лёг в основу, вероятно, первой запатентованной в 1925 году Ведомством по патентам и товарным знакам США системы изменения кулачков (U.S. Patent 1 527 456). Также к данном типу относится так называемый «распределительный вал Клемсона»[23].

Спиральный распределительный вал[править | править код]

Также «Двухвальный комбинированный профиль кулачков с соосным расположением валов и спиральным движением», об использовании этих систем в серийных двигателях информация отсутствует.

Принцип аналогичен ранее рассмотренному, в нём могут использоваться такого же профиля длительности. Однако вместо простого плоского поворота кулачков для регулировки используется совокупность осевого и поворотного движений, что является трёхмерным спиральным движением. Посредством такого движения преодолеваются ограничения, связанные с длительностью в ранее рассмотренной системе. Длительность открытия клапанов при этом теоретически не ограничена, однако обычно не составляет более 100 градусов движения распределительного вала, чего достаточно для работы в большинстве ситуаций.

По сообщениям, кулачки для таких системы сложны и затратны в изготовлении, требуется очень высокая точность при изготовлении спиральных элементов, а также должна быть обеспечена бережная сборка.

Двигатели без кулачков[править | править код]

К таким двигателям относятся те двигатели, которым не требуется распределительный вал для управления клапанами. Клапана в таких системах обладают высокой гибкостью для регулирования фаз газораспределения и высоты подъёма клапанов. Тем не менее, по состоянию на 2019 год не существует подобных систем, предназначенных для транспортных средств для дорог общего пользования.

Выделяют следующие типы двигателей без кулачков:

  • электромеханические (с использованием электромагнитов)
  • гидравлические
  • пневматические
  • с использованием шаговых двигателей.
  1. ↑ 1 2 Wu, B. (2007). A simulation-based approach for developing optimal calibrations for engines with variable valve actuation. Oil and Gas Science and Technology, 62(4), 539—553.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Hong, H. (2004). Review and analysis of variable valve timing strategies — eight ways to approach. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 218(10), 1179—1200.
  3. ↑ Variable Valve Timing — 1886 — Practical Machinist (неопр.). Practical Machinist. Дата обращения 4 апреля 2010.
  4. ↑ Arthur W., Gardiner REPORT No. 272: THE RELATIVE PERFORMANCE OBTAINED WITH SEVERAL METHODS OF CONTROL OF AN OVERCOMPRESSED ENGINE USING GASOLINE (неопр.) (PDF). Langley Research Center/Langley Aeronautical Laboratory (25 февраля 1927).
  5. ↑ Coomber, Ian. Vauxhall: Britain’s Oldest Car Maker (неопр.). — Fonthill Media, 2017. — С. 46. — ISBN 978-1781556405.
  6. ↑ VALVE-ACTUATING MECHANISM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE (неопр.). freepatentsonline.com. Дата обращения 12 января 2011.
  7. ↑ Timing variator for the timing system of a reciprocating internal combustion engine (неопр.). freepatentsonline.com. Дата обращения 12 января 2011.
  8. ↑ Alfa Romeo Spider FAQ (неопр.) (PDF). alfaspiderfaq.org. Дата обращения 29 ноября 2008.
  9. ↑ Rees, Chris. Original Alfa Romeo Spider (неопр.). — MBI Publishing 2001. — С. 102. — ISBN 0-7603-1162-5.
  10. ↑ asia.vtec.net
  11. ↑ Wade, Adam. Motorcycle Fuel Injection Handbook (неопр.). — MotorBooks International (англ.)русск., 2004. — С. 149—150. — ISBN 1610590945.
  12. ↑ Volvo Penta Variable Valve Timing (VVT) (неопр.). www.marineenginedigest.com. Дата обращения 27 октября 2012.
  13. ↑ [1]
  14. ↑ «Geneva 2010: Mitsubishi ASX (Outlander Sport) Debuts in Geneva», autoguide.com
  15. ↑ Autospeed Valvetronic Article (неопр.). Дата обращения 17 января 2012.
  16. ↑ Rover VVC Article (неопр.). Дата обращения 17 января 2012.
  17. ↑ howstuffworks.com
  18. ↑ Lumley, John L. Engines — An Introduction (неопр.). — Cambridge UK: Cambridge University Press, 1999. — С. 63—64. — ISBN 0-521-64277-9.
  19. ↑ HowStuffWorks — Ferrari 3D cam article (неопр.). Дата обращения 17 января 2012.
  20. ↑ USPTO 5052350 (неопр.). Дата обращения 17 января 2012.
  21. ↑ USPTO 5642692 (неопр.). Дата обращения 17 января 2012.
  22. ↑ Mechadyne VLD (неопр.). Дата обращения 17 января 2012.
  23. ↑ USPTO 4771742 (неопр.). Дата обращения 17 января 2012.

Распределительный вал — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 марта 2016; проверки требуют 13 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 марта 2016; проверки требуют 13 правок.

Распределительный вал (или распредвал) — вал двигателя внутреннего сгорания, управляющий открытием и закрытием клапанов двигателя. Основная деталь газораспределительного механизма (ГРМ), служащего для синхронизации тактов работы двигателя и впуска-выпуска топливной смеси/воздуха и отработанных газов.

В современных автомобильных двигателях, как правило, расположен в верхней части головки блока цилиндров и соединён со шкивом или зубчатой звёздочкой коленвала ремнём или цепью ГРМ соответственно, и вращается с вдвое меньшей частотой, чем последний (на 4-тактных двигателях). Составной частью распредвала являются его кулачки, количество которых традиционно соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Таким образом, каждому клапану соответствует индивидуальный кулачок, который и открывает клапан, набегая на рычаг толкателя клапана. Когда кулачок «сбегает» с рычага, клапан закрывается под действием мощной

возвратной пружины.

По расположению относительно блока цилиндров двигателя, распредвалы делятся на нижние и верхние:

Нижние расположены в самом блоке и в английской литературе обозначаются как «Cam-in-Block», могут управлять клапанами как с боковым, так и верхним расположением. Применялись широко в прошлом, а также и поныне для ряда тихоходных двигателей, либо там где требуется малая высота мотора.

Верхнее расположение распредвала достигается его размещением в головке блока цилиндров, и в английской терминологии обозначается как «OHC» или «Cam-in-Head». Позволяет создавать моторы с высокими рабочими оборотами и мощностью. Двигатели с единственным верхним распредвалом на головку блока цилиндров в английской терминологии обозначаются «SOHC», с двумя распредвалами — «DOHC». Часть двигателей вовсе лишена распредвала в механизме ГРМ (поршневой либо золотниковое газораспределение). Ниже описаны варианты верхнего расположения распредвала:

Двигатели с рядной конфигурацией цилиндров и 2 клапанами на цилиндр обычно имеют один распределительный вал, с 3 клапанами (как правило 2 впускных и один выпускной) — также один распредвал, с 4 клапанами — как один, так и два распредвала, хотя преобладают решения с двумя валами. V-образные и оппозитные двигатели — либо один распредвал в развале блока, либо два — по одному на каждую головку блока.

Использование одного распредвала упрощает конструкцию, удешевляет её, делает компактнее и дешевле в обслуживании. Применяется как правило в бюджетных моторах, либо там где использование двух распредвалов нерационально или технически затруднено.

Использование двух распредвалов позволяет проще организовать привод 4-х клапанов на цилиндр (это необходимо для увеличения наполнения цилиндров), уменьшить инерционные нагрузки в ГРМ, легко организовать сдвиг фаз газораспределения. Это один из обязательных пунктов в увеличении мощности и эффективности мотора. Современные двигатели всё чаще имеют системы регулировки фаз газораспределения, то есть механизмы, которые позволяют проворачивать распредвал относительно приводной звездочки, тем самым изменяя момент открытия и закрытия (фазу) клапанов, и тем самым увеличить наполнение цилиндров. Также применяются системы изменения хода клапанов, имеющие большее количество кулачков распредвала, чем самих клапанов.

4-цилиндровый двигатель Volkswagen, тип RP, объёмом 1,8 л. со снятой клапанной крышкой. Хорошо виден распределительный вал на 8 клапанов.

сравнение двух приводов системы газораспределения

Что лучше в автомобиле – ремень ГРМ или цепь ГРМ?

Вам нравятся вопросы наподобие «Какая машина лучше?», на которые в принципе нет правильного ответа? Обычно такие вопросы вызывают бурную волну обсуждений и даже жесткой полемики. Сегодня же мы решили поговорить по поводу системы газораспределения (ГРМ) в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Все знают, что в ДВС для синхронизации работы двигателя используется цепь ГРМ или ремень.

Но чем они отличаются друг от друга? Уже давно многих автомобилистов интересует, что же лучше? И надо признать, что с тех пор, как на смену цепи ГРМ пришел ремень, споры среди автолюбителей не утихают. Особенно о современных моторах, к которым есть масса претензий по сроку службы. Надо признать, что это отличный вопрос. Но ответить, что лучше – цепь или ремень, слету не получится. Мы попробуем сделать необычное сравнение этих двух систем, чтобы каждый для себя сделал свой выбор. 

 

Бомба замедленного действия под капотом вашего автомобиля

 

В главах 1-5 мы расскажем вам, что с исторической точки зрения вариант с ремнем ГРМ не является ни лучшим, ни худшим, также как и цепь ГРМ. Наше личное мнение, что и цепь, и ремень ГРМ не являются идеальной системой газораспределения в двигателях внутреннего сгорания. В целом эта технология уже давно зарекомендовала себя надежной и прошла проверку временем. Тем не менее она нещадно устарела. На дворе 21 век, и поверьте, автопроизводителей сегодня привлекают более современные технологии. Именно поэтому все больше компаний начинают думать об электрокарах и водородных автомобилях. 

 

В принципе, выяснение, что лучше – цепь или ремень ГРМ, – неблагодарное дело. Те, кто любит спорить на этот счет, все равно не достигнут истины. Все эти искусственные дебаты похожи на спор между теми, кто любит с пеной у рта доказывать, какой автомобиль лучше всех. 

 

Самое интересное, что те, кто спорит о том, какой тип привода системы газораспределения лучше, почему-то не задумываются, что вся система ГРМ – это бомба замедленного действия. Особенно в современных автомобилях. Именно из-за системы ГРМ двигатели автомобилей недолговечны. ГРМ – это слабое звено многих автомобилей.

 

Эволюция системы газораспределительного механизма

 

Глава 1: Зубчатые шестерни 

 

Основная цель использования цепей или ремней ГРМ в двигателях внутреннего сгорания – это транспортирование энергии (крутящего момента) от вращения коленвала к устройству клапанов в головке блока, которые обычно управляются распределительным валом (распредвалом). 

Эту проблему не так сложно решить. Очевидное решение – это использование шестерен. Именно с помощью них легко передавать крутящий момент в боковом направлении. 

 

Вот зубчатые шестерни Volvo P1800S:

 

Да, это шестерни той Volvo P1800S 1966 года, которая проехала почти 5 млн километров. Мотор в этой машине без единого ремонта пробежал больше 3 млн километров. Далее был проведен дорогой ремонт, и машина снова наездила более 1 млн километров. А теперь о грустном. 

 

Как вы думаете, выгодно ли автопроизводителям выпускать такие автомобили, которые могут служить владельцу длительный промежуток времени? Ведь чем больше ресурс автомобиля, тем меньше продажи автопроизводителей. Вы представляете, сколько бы сегодня ходили автомобили, если бы они все оснащались для передачи крутящего момента от коленвала на распредвал зубчатыми шестернями? Представьте, если бы вы были генеральным директором компании, которая продавала продукт, служивший 50 лет, а не 10. 

 

Насколько мы можем судить, руководители крупных автомобильных компаний решили в один прекрасный момент в истории автопромышленности спроектировать двигатели так, чтобы уменьшить их срок службы. Мы не знаем, сделано это специально или по необходимости. Но суть от этого не меняется. 

Начав проектировать двигатель с меньшим ресурсом, автокомпании стремились в первую очередь к своей выгоде, чтобы эксплуатируемые в мире автомобили быстрее оказывались на свалке, что увеличивало бы продажи новых автомобилей. Но как это сделать без жалоб автовладельцев? Очень просто. Нужно придумать умную новую технологию!

 

Глава 1.5: Нейлоновые зубчатые шестерни

 

Первое решение проблемы долговечности двигателей, которое мы хотим обсудить, довольно показательно – замена металлических зубчатых шестерен на шестерни с нейлоновыми зубьями, которые установлены прямо на металл. 

Это шестерни от двигателя модели Chrysler 383 1969 года. Важно знать, что эти шестерни дороже, чем обычный металлический шестереночный механизм.

 

Все потому, что нейлон очень дорогой. Как альтернативу можно, конечно, использовать более дешевый пластик. Но и пластиковые шестерни на самом деле дороже стальных. Ведь для производства пластиковых шестерен нужно в 30 раз больше материала, чем при производстве металлических. Только так можно добиться, чтобы пластиковая шестерня выдерживала ту же нагрузку, что и стальная. 

 

Как вы думаете, какое оправдание придумали автопроизводители, которые недавно стали вместо стальных шестерен использовать пластиковые? Они объяснили замену стальных шестерен необходимостью сделать двигатели тише. Однако это слабый аргумент, в который могут поверить только дилетанты. Об этом ниже. 

 

Глава 2: Цепь ГРМ

 

Когда некоторые производители стали использовать нейлоновые шестерни, выявилась одна проблема: шестерни были слишком слабыми. В итоге автопроизводители стали получать множество критики. Следующей технологией передачи энергии для синхронизации двигателя стали цепи ГРМ. Это более умный способ уменьшить ресурс двигателей так, чтобы потребители не жаловались. 

 

С инженерной точки зрения принцип работы цепи ГРМ в газораспределительном механизме основан на передаче крутящего момента на большие расстояния, как, например, на этом велосипеде:

 

Важное значение в этом механизме имеет задняя пружина, которая помогает держать цепь в натяжке при переключении скоростей на велосипеде. Ведь когда цепь перескакивает на другую звездочку, длина ее прямого сегмента изменяется. Если бы не было специального механизма, то при переключении скоростей цепь на велосипеде провисла бы или даже слетела. 

 

Этой проблемы в машине не существует. Но есть в автомобилях свои заморочки. Например, цепь ГРМ со временем изнашивается (причем если сравнивать с зубчатыми шестернями, износ цепи происходит очень и очень быстро). Это приводит к увеличению эффективной длины цепи с течением времени. Поэтому автопроизводители оснастили цепь ГРМ натяжителем для устранения ее провисания. Ну что, вот вам и еще одно доказательство того, что автопроизводители намеренно сократили срок службы компонентов двигателя, перейдя на использование цепи ГРМ.

 

В принципе, использовать цепь не было необходимости. Тем более что крутящий момент от коленвала на распредвал нужно передавать на небольшие расстояния. Но нет. Автопроизводители сознательно решили оснастить все двигатели цепью ГРМ, которая очень быстро изнашивается по сравнению с шестернями. 

Это, безусловно, решало проблемы долговечности моторов 60-х годов. 

 

Вот два решения цепного привода системы ГРМ:

 

На левой картинке вы можете увидеть двигатель, оснащенный длинными толкателями клапанов (схема OHV). Этот мотор использует небольшую цепь. Справа вы видите двигатель с системой OHC или DOHC, где используется длинная цепь. Конструкция слева рассчитана на более длительный срок службы. Также конструкция мотора слева дешевле и легче. Более длинные цепи, используемые в двигателях конструкции OHC, со временем больше изнашиваются и растягиваются. Самое плохое – это когда в двигателях с двумя цепями одна цепь изнашивается быстрее другой. В этом случае натяжитель более изношенной цепи ухудшит идеальную синхронизацию мотора. 

 

Но многие автопроизводители используют множество различных технологий, чтобы предотвратить подобную асимметрию в синхронизации двигателя в результате износа цепи или ее растяжения. 

В некоторых моторах есть системы переменной синхронизации клапанов, например, такие как VTECH или VANOS. В таких моторах натяжитель цепи подключен к устройству опережения синхронизации. На таких моторах в случае провисания цепи от износа она автоматически немного продвигается на несколько звеньев. 

 

Но во всех этих примерах при использовании цепи ГРМ мы не видим систем, предотвращающих быстрый износ цепей. Вместо того чтобы придумывать, как увеличить срок службы цепей ГРМ, автопроизводители все сделали для того, чтобы сильно натянутая цепь испытывала максимальное механическое трение. Это означает, что со временем нарушается не только натяжка цепи, что приводит к ее износу, но и изнашиваются также натяжители цепи. 

 

Глава 3: Ремни ГРМ

 

Проблему долговечности двигателей можно решить с помощью ремней? Если вы инженер в автомобильной компании, которая поручила вам придумать, как сократить срок службы двигателей, то вы, конечно, не остановитесь на цепях ГРМ. Вы обязательно придумаете еще что-нибудь, с радостью сообщив своим руководителям, что вместо цепей ГРМ нужно использовать ремни ГРМ.

Именно так это и произошло в истории автопромышленности. Ремни ГРМ стали следующим шагом по заговору против автовладельцев, мечтающих всю жизнь владеть одним автомобилем. Ремни ГРМ пришли на смену цепям во многих автомобилях. 

 

Ремни газораспределительного механизма появились на сцене еще в 1962 году. Но на раннем этапе ремни не стали так популярны, поскольку в те годы еще не было технологий, способных производить крепкие ремни. И все дело было в резине, из которой изготавливали первые ремни. Известно, что резина при больших температурах быстро стареет.

В итоге первые ремни ГРМ служили очень недолго и рвались, что нередко приводило к существенной поломке двигателя. Затем ремни стали более надежными, и автопроизводители стали отказываться от цепей, также заявив, что это необходимо, чтобы уменьшить шум двигателей. Но, несмотря на технологии производства ремней ГРМ, они все равно по сроку службы уступают цепям ГРМ. Автопроизводители сделали так, чтобы автовладельцы чаще приезжали на техническое обслуживание для замены ремня ГРМ (которое обходится в немалые деньги). 

 

В современных автомобилях ремни ГРМ служат более длительный срок по сравнению со старыми автомобилями. В некоторых машинах ремень ГРМ нужно менять каждые 100-150 тыс. км, тогда как совсем недавно в некоторых автомобилях автопроизводители рекомендовали менять ремень каждые 30-45 тыс. км. 

Но это не значит, что теперь ремни ГРМ имеют преимущество перед цепью. Также это не значит, что вы должны бежать покупать автомобили только с цепью ГРМ. Все не так просто. 

 

Глава 4: Цепи с пластиковыми направляющими

Следующим решением проблемы долговечности автомобилей был переход автопроизводителей с использования обычных цепей на цепи, которые используют изогнутые пластиковые направляющие. Этот пластик разваливается со временем. Но вы не удивляйтесь. Это изначально и придумано так, чтобы эти пластиковые направляющие вышли из строя через определенный пробег автомобиля. 

 

Плюс в таких современных моторах используются непрямые длинные цепи. То есть используется принцип, как в этом 10-скоростном велосипеде:

 

С инженерной точки зрения для того чтобы эффективно передавать крутящий момент по длинной цепи, необходима дополнительная шестерня. Но в вышеуказанном примере в видео цепь в современных моторах изогнута и постоянно взаимодействует не с шестерней, как положено, а с куском ПЛАСТИКА!

 

Что дороже – цепь ГРМ или ремень ГРМ?

 

Итак, мы посмотрели, как автопроизводители перешли от шестерней на цепи ГРМ, а затем на ремни ГРМ, и теперь снова решили использовать цепи. Осталось теперь разобраться, что дешевле обслуживать – автомобиль с ремнем ГРМ или цепью? Конечно, здесь все зависит от марки и модели конкретного автомобиля. Но в целом все примерно то на то и выходит, как это ни покажется сначала странным. 

Ремень ГРМ, конечно, стоит дешевле цепи. Но как только к ремню ГРМ вы приобретаете шкивы и все остальное, стоимость замены ремня ГРМ и приводных роликов будет примерно сопоставима со стоимостью замены цепи ГРМ.

 

Если говорить о старых подержанных автомобилях, то, конечно, предпочтительнее покупать автомобиль с классической цепью, которая относится к древней технологии, проверенной временем. Если же говорить о новых современных автомобилях, то сегодня лучше приобретать автомобили с ремнем ГРМ, поскольку новые цепные технологии газораспределительного механизма, набирающие снова популярность, несовершенны и менее надежны, чем старые классические цепные системы ГРМ.

 

Но с автомобилями, использующими ремни ГРМ, нужно быть внимательным, поскольку ремни имеют свойство неожиданно рваться от износа или заводского брака. В этом случае многие двигатели ждет поломка, из-за того что клапаны мотора встретятся с поршнями. 

 

Глава 5: Разнообразие – это специя жизни

 

Мы только поверхностно затронули вопрос, что происходит с эволюцией автомобилей. Все на самом деле сложнее. Вот здесь вы можете прочитать, почему современные моторы намного хуже старых. 

 

К производителям автомобилей уже много вопросов. Например, почему автомобили Мерседес Е-класса, выпущенные для таксопарка Германии, могут легко проехать 500 тыс. км, тогда как обычные версии не всегда могут без ремонта доехать до такого километража? Или почему современные грузовые машины, также как и старые, по-прежнему могут легко намотать без ремонта более 1-2 млн километров, несмотря на то что в двигателях грузовиков более высокая степень сжатия и крутящий момент? 

 

Или, например, почему современные датчики кислорода выходят из строя намного быстрее, чем в старых машинах? Или почему автопроизводители стали в конструкции многих компонентов использовать вместо металлических деталей пластиковые, что в итоге привело к существенному сокращению срока службы транспортных средств? И таких вопросов тысячи. 

 

Обычно производители на все вопросы отвечают просто: замена металлических деталей на пластиковые необходима для снижения веса автомобилей. Но постойте, а что, в мире нет алюминия? Но нет, автопроизводители продолжают ухудшать автомобили, облегчая все преимущественно пластиком. 

На самом деле нужно написать целый учебник, чтобы перечислить все детали, которые ухудшились в современных машинах. 

 

Итог: Так что лучше?

 

Как мы уже не раз отметили, определить точно, что же лучше – ремень или цепь, не представляется возможным. Те же, кто спорит об этом, теряют время. Это искусственный бессмысленный спор. Каждый тип привода ГРМ имеет свои плюсы и минусы. Все зависит от типа и конструкции двигателя, а также от стоимости замены ремня/цепи ГРМ в конкретном автомобиле. Например, в одних автомобилях ремень/цепь меняется довольно-таки легко и обходится в незаоблачную сумму, тогда как в других машинах для замены цепи/ремня нужно разобрать чуть ли не полмашины, что в итоге влетает в круглую сумму. В заключение приводим основные плюсы ремней ГРМ и цепей ГРМ.

 

Плюсы ремней ГРМ

  • Лучшая точность синхронизации способствует повышению производительности и снижению выбросов
  • Низкий уровень шума
  • Пониженные гармоники коленчатого вала (непостоянная скорость), влияющие на динамику и фазу газораспределения
  • Уменьшенное трение
  • Снижение требований к смазке (масло не требуется для ремня)
  • Простота регулировки (для гонок)

 

Плюсы цепей ГРМ

 

  • Цепь имеет больший ресурс
  • При замене цепи ГРМ требуется замена меньшего количества компонентов

ГРМ — это… Что такое ГРМ?

  • Грм — получить на Академике активный купон COSMASI.RU или выгодно грм купить по низкой цене на распродаже в COSMASI.RU

  • ГРМ — газораспределительный механизм ГРМ Государственный Русский музей с 1918 Санкт Петербург Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. ГРМ глиссадный радиомаяк авиа, связь …   Словарь сокращений и аббревиатур

  • ГРМ — 1) газораспределительный механизм; 2) ремень ГРМ. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

  • ГРМ — глиссадный радиомаяк Государственный русский музей …   Словарь сокращений русского языка

  • Ремень ГРМ — (Ремень газораспределительного механизма) резиновый замкнутый ремень, с насечками с внутренней стороны, предназначенный для синхронизации коленчатого и распределительного вала двигателя. Применяется при использовании ременной передачи. Цепь ГРМ… …   Википедия

  • Цепь ГРМ — Ремень ГРМ (Ремень газораспределительного механизма) резиновый замкнутый ремень, с насечками с внутренней стороны, предназначенный для синхронизации коленчатого и распределительного вала двигателя. Применяется при использовании ременной передачи …   Википедия

  • Глиссадный радиомаяк (ГРМ) — представляет собой наземное радиотехническое устройство, излучающее в пространство радиосигналы, содержащие информацию для управления воздушным судном в вертикальной плоскости относительно установленного угла наклона линии глиссады при выполнении …   Официальная терминология

  • глиссадный радиомаяк РСП ГРМ РСП — Наземное радиотехническое устройство, излучающее радиосигналы, содержащие информацию для управления самолетом в вертикальной плоскости при выполнении ими захода на посадку. [ГОСТ 26121 84] Тематики инструментальный заход самолетов на посадку …   Справочник технического переводчика

  • Чувствительность к угловому смещению ГРМ — отношение измеренной РГМ к соответствующему угловому смещению относительно соответствующей опорной линии. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Состав коллекции Витебского музея современного искусства — Состав коллекции Витебского музея современного искусства. Н. С. Гончарова. «Женщина с обезьяной». 1909(?) г. Местонахождение неизвестно. Альтман Натан Исаевич (1889 1970). Пейзаж. Местонахождение неизвестно. «1347. Пейзаж [без указания техники и… …   Википедия

  • Артиллерия современная — АРТИЛЛЕРІЯ СОВРЕМЕННАЯ. I. Назначеніе полевой и горной А. Полевая А. имѣетъ своимъ назначеніемъ сопровождать, а иногда и опережать свою пѣхоту (ѣздящая А.) и кавалерію (конная А.), подготовлять и поддерживать атаку, задерживать атакующаго,… …   Военная энциклопедия

    • Ответы@Mail.Ru: что такое грм

    Газораспределительный механизм — механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Осуществляется путём открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов цилиндров, имеющих привод от распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма. Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с коленвалом, реализованную с помощью шестерёнчатой, зубчаторемённой или цепной передачи. Как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня или цепи ГРМ приводит к выходу двигателя из строя.

    газораспределительный механизм

    газораспределительный механизм

    Ремень дающий привод с коленвала двигателя на ведущий мост автомобиля

    ремень, который вращает вал/валы газораспределения в головке блока цилиндров. Он же и помпу крутит. ЗЫ про грм сказали, про ремень грм дополнил.

    газораспределительный механизм.

    Это газо распределительный механизм.

    ну это же головка?

    Газораспределительный механизм — ГРМ <a href=»/» rel=»nofollow» title=»50335696:##:grm/»>[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>

    alexxlab

    E-mail : alexxlab@gmail.com

        Submit A Comment

        Must be fill required * marked fields.

        :*
        :*