Czym są rozrząd zaworowy i jak działają

Konstrukcja silnika czterosuwowego, działającego na zasadzie uwalniania energii podczas spalania mieszanki paliwa i paliwa, zawiera jeden ważny mechanizm, bez którego jednostka nie może działać. To jest mechanizm synchronizacji lub dystrybucji gazu.

W większości standardowych silników montuje się go w głowicy cylindrów. Więcej szczegółów na temat struktury mechanizmu opisano w osobny artykuł... Teraz skupimy się na tym, czym jest rozrząd, a także jak jego praca wpływa na wskaźniki mocy silnika i jego sprawność.

Co to jest rozrząd zaworów silnika

Krótko o samym mechanizmie czasowym. Wał korbowy poprzez napęd pasowy (w wielu nowoczesnych silnikach spalinowych zamiast gumowanego paska jest montowany łańcuch) wał rozrządczy. Kiedy kierowca uruchamia silnik, rozrusznik obraca kołem zamachowym. Oba wały zaczynają obracać się synchronicznie, ale z różnymi prędkościami (w zasadzie w jednym obrocie wałka rozrządu wał korbowy wykonuje dwa obroty).

Na wałku rozrządu znajdują się specjalne krzywki w kształcie kropli. Gdy konstrukcja obraca się, krzywka dociska sprężynowy trzpień zaworu. Zawór otwiera się, umożliwiając mieszance paliwowo-powietrznej wejście do cylindra lub wydech do kolektora wydechowego.

Faza dystrybucji gazu to właśnie moment, w którym zawór zaczyna otwierać wlot / wylot do momentu całkowitego zamknięcia. Każdy inżynier pracujący nad rozwojem zespołu napędowego oblicza, jaka powinna być wysokość otwarcia zaworu, a także jak długo pozostanie on otwarty.

Wpływ rozrządu zaworowego na pracę silnika

W zależności od trybu pracy silnika dystrybucja gazu powinna rozpocząć się wcześniej lub później. Wpływa to na sprawność jednostki, jej ekonomiczność i maksymalny moment obrotowy. Dzieje się tak, ponieważ terminowe otwieranie / zamykanie kolektorów dolotowych i wydechowych jest kluczem do maksymalnego wykorzystania energii uwalnianej podczas spalania w układzie HVAC.

Jeśli zawór dolotowy zacznie się otwierać w innym momencie, gdy tłok wykona suw dolotowy, nastąpi nierównomierne wypełnienie wnęki cylindra świeżą porcją powietrza i paliwo będzie się gorzej wymieszać, co doprowadzi do niepełnego spalania mieszanki.

Jeśli chodzi o zawór wydechowy, to również powinien on otwierać się nie wcześniej niż tłok osiągnie dolny martwy punkt, ale nie później niż po rozpoczęciu ruchu w górę. W pierwszym przypadku kompresja spadnie, a wraz z nią silnik straci moc. W drugim przypadku produkty spalania z zamkniętym zaworem będą tworzyć opór dla tłoka, który zaczął się podnosić. Jest to dodatkowe obciążenie mechanizmu korbowego, które może uszkodzić niektóre jego części.

Aby jednostka napędowa działała prawidłowo, wymagane są różne fazy rozrządu. W jednym trybie konieczne jest, aby zawory otwierały się wcześniej i zamykały później, aw przypadku innych odwrotnie. Duże znaczenie ma również parametr nakładania się - czy oba zawory zostaną otwarte jednocześnie.

Większość standardowych silników ma stały czas. Taki silnik, w zależności od rodzaju wałka rozrządu, będzie miał maksymalną sprawność zarówno w trybie sportowym, jak i przy mierzonej jeździe na niskich obrotach.

Dziś wiele samochodów segmentu średniego i premium wyposażonych jest w silniki, których układ dystrybucji gazu może zmieniać niektóre parametry otwarcia zaworów, dzięki czemu wysokiej jakości napełnianie i wentylacja cylindrów odbywa się przy różnych prędkościach wału korbowego.

Oto, jak należy ustawić rozrząd przy różnych prędkościach obrotowych silnika:

1. Bieg jałowy wymaga tak zwanych wąskich faz. Oznacza to, że zawory zaczynają się otwierać później, a przeciwnie, czas ich zamykania jest wczesny. W tym trybie nie ma jednoczesnego otwarcia (oba zawory nie będą otwarte w tym samym czasie). Gdy obrót wału korbowego ma niewielkie znaczenie, gdy fazy zachodzą na siebie, spaliny mogą dostać się do kolektora dolotowego, a pewna objętość VTS może dostać się do wydechu.
2. Najpotężniejszy tryb - wymaga szerokich faz. Jest to tryb, w którym zawory mają krótszą pozycję otwarcia ze względu na dużą prędkość. Prowadzi to do tego, że w pełni sportowej jazdy i cylindry naciągowe spisały się słabo. Aby zaradzić tej sytuacji, należy zmienić rozrząd zaworowy, to znaczy zawory muszą zostać otwarte wcześniej, a ich czas trwania w tej pozycji musi się wydłużyć.

Projektując silniki ze zmiennymi fazami rozrządu, inżynierowie biorą pod uwagę zależność momentu otwarcia zaworu od prędkości obrotowej wału korbowego. Te wyrafinowane systemy sprawiają, że silnik jest tak wszechstronny, jak to tylko możliwe, dla różnych stylów jazdy. Dzięki takiemu rozwiązaniu urządzenie wykazuje szerokie spektrum możliwości:

• Przy niskich obrotach silnik powinien być sztywny;
• Kiedy obroty rosną, nie powinien tracić mocy;
• Niezależnie od trybu, w jakim pracuje silnik spalinowy, oszczędność paliwa, a tym samym przyjazność dla środowiska transportu, powinna mieć jak najwyższy poziom dla danej jednostki.

Wszystkie te parametry można zmienić, zmieniając konstrukcję wałków rozrządu. Jednak w tym przypadku sprawność silnika będzie miała swój limit tylko w jednym trybie. Co powiesz na to, że silnik może samodzielnie zmieniać profil w zależności od liczby obrotów wału korbowego?

Zmienne fazy rozrządu

Sam pomysł zmiany czasu otwarcia zaworu podczas pracy zespołu napędowego nie jest nowy. Pomysł ten od czasu do czasu pojawiał się w głowach inżynierów, którzy wciąż rozwijali maszyny parowe.

Tak więc jeden z tych rozwiązań został nazwany przekładnią Stevensona. Mechanizm zmienił czas wchodzenia pary do cylindra roboczego. Reżim nazwano „odcięciem pary”. Po uruchomieniu mechanizmu ciśnienie zostało przekierowane w zależności od konstrukcji pojazdu. Z tego powodu, oprócz dymu, stare lokomotywy parowe emitowały również obłoki pary podczas postoju pociągu.

Prace związane ze zmianą rozrządu prowadzono również na jednostkach lotniczych. Tak więc eksperymentalny model silnika V-8 firmy Clerget-Blin o mocy 200 koni mechanicznych mógł zmienić ten parametr ze względu na fakt, że konstrukcja mechanizmu obejmowała przesuwny wałek rozrządu.

A w silniku Lycoming XR-7755 zainstalowano wałki rozrządu, w których były dwie różne krzywki dla każdego zaworu. Urządzenie posiadało napęd mechaniczny i było uruchamiane przez samego pilota. Mógł wybrać jedną z dwóch opcji w zależności od tego, czy musiał wzbić się w niebo, uciec od pościgu, czy po prostu latać ekonomicznie.

Jeśli chodzi o przemysł motoryzacyjny, to inżynierowie zaczęli myśleć o zastosowaniu tego pomysłu już w latach 20. ubiegłego wieku. Powodem było pojawienie się szybkoobrotowych silników, które były instalowane w samochodach sportowych. Wzrost mocy w takich jednostkach miał pewną granicę, chociaż jednostka mogła być jeszcze bardziej rozwinięta. Aby pojazd miał większą moc, początkowo zwiększono tylko pojemność silnika.

Pierwszym, który wprowadził zmienne fazy rozrządu, był Lawrence Pomeroy, który pracował jako główny projektant w firmie samochodowej Vauxhall. Stworzył silnik, w którym specjalny wałek rozrządu został zainstalowany w mechanizmie dystrybucji gazu. Szereg jego kamer miało kilka zestawów profili.

Typ H o pojemności 4.4 litra, w zależności od prędkości wału korbowego i występującego obciążenia, może przesuwać wałek rozrządu wzdłuż osi wzdłużnej. W związku z tym zmieniono czas i wysokość zaworów. Ponieważ ta część miała ograniczenia w ruchu, kontrola fazy również miała swoje ograniczenia.

W podobny pomysł zaangażował się także Porsche. W 1959 wydano patent na „krzywki oscylacyjne” wałka rozrządu. Rozwój ten miał zmienić wysokość zaworów, a jednocześnie czas ich otwarcia. Rozwój pozostał na etapie projektu.

Fiat opracował pierwszy działający mechanizm sterowania fazami rozrządu. Wynalazek opracował Giovanni Torazza pod koniec lat 60-tych. W mechanizmie zastosowano popychacze hydrauliczne, które zmieniały punkt obrotu popychacza zaworów. Urządzenie pracowało w zależności od obrotów silnika i ciśnienia w kolektorze dolotowym.

Jednak pierwszy samochód produkcyjny ze zmiennymi fazami GR pochodził z Alfy Romeo. Model Spider z 1980 roku otrzymał mechanizm elektroniczny, który zmienia fazy w zależności od trybu pracy silnika spalinowego.

Sposoby zmiany czasu trwania i szerokości rozrządu zaworowego

Obecnie istnieje kilka rodzajów mechanizmów zmieniających moment, czas i wysokość otwarcia zaworu:

1. W najprostszej postaci jest to specjalne sprzęgło, które jest instalowane na napędzie mechanizmu dystrybucji gazu (przesuwnik fazowy). Sterowanie odbywa się dzięki oddziaływaniu hydraulicznemu na mechanizm wykonawczy, a sterowanie odbywa się za pośrednictwem elektroniki. Gdy silnik pracuje na biegu jałowym, wałek rozrządu znajduje się w swoim pierwotnym położeniu. Gdy tylko obroty wzrosną, elektronika reaguje na ten parametr i uruchamia hydraulikę, która obraca nieco wałek rozrządu względem położenia początkowego. Dzięki temu zawory otwierają się nieco wcześniej, co umożliwia szybkie napełnienie butli świeżą porcją BTC.
2. Zmiana profilu krzywki. Jest to zmiana, z której kierowcy korzystają od dawna. Zamontowanie wałka rozrządu z niestandardowymi krzywkami może sprawić, że jednostka będzie pracować wydajniej przy wyższych obrotach. Jednak takie ulepszenia muszą być wykonywane przez doświadczonego mechanika, co prowadzi do sporego marnotrawstwa. W silnikach z systemem VVTL-i wałki rozrządu mają kilka zestawów krzywek o różnych profilach. Gdy silnik spalinowy pracuje na biegu jałowym, swoją funkcję pełnią standardowe elementy. Gdy tylko wskaźnik prędkości wału korbowego przekroczy znak 6 tysięcy, wałek rozrządu lekko się przesuwa, przez co uruchamia się kolejny zestaw krzywek. Podobny proces zachodzi, gdy silnik obraca się do 8.5 tys., A trzeci zestaw krzywek zaczyna pracować, co jeszcze bardziej wydłuża fazy.
3. Zmiana wysokości otwarcia zaworu. Rozwój ten umożliwia jednoczesną zmianę trybów pracy rozrządu, a także wykluczenie przepustnicy. W takich mechanizmach naciśnięcie pedału przyspieszenia aktywuje urządzenie mechaniczne, które wpływa na siłę otwierania zaworów dolotowych. System ten zmniejsza zużycie paliwa o około 15 procent i zwiększa moc jednostki o tę samą wartość. W bardziej nowoczesnych silnikach nie stosuje się mechanicznego, ale elektromagnetycznego analogu. Zaletą drugiej opcji jest to, że elektronika jest w stanie wydajniej i płynniej zmieniać tryby otwierania zaworów. Wysokość podnoszenia może być bliska ideału, a godziny otwarcia mogą być szersze niż w poprzednich wersjach. Takie rozwiązanie w trosce o oszczędność paliwa może spowodować nawet wyłączenie niektórych cylindrów (niektórych zaworów nie należy otwierać). Silniki te uruchamiają system, gdy samochód się zatrzymuje, ale nie ma potrzeby wyłączania silnika spalinowego (np. Na światłach) lub gdy kierowca zwalnia samochód za pomocą silnika spalinowego.

Po co zmieniać rozrząd zaworowy

Zastosowanie mechanizmów zmieniających rozrząd pozwala na:

• Bardziej efektywne jest wykorzystanie zasobów jednostki napędowej w różnych trybach jego pracy;
• Zwiększ moc bez konieczności instalowania niestandardowego wałka rozrządu;
• Spraw, aby pojazd był bardziej ekonomiczny;
• Zapewnij skuteczne napełnianie i wentylację butli przy dużych prędkościach;
• Zwiększ przyjazność dla środowiska transportu dzięki wydajniejszemu spalaniu mieszanki paliwowo-powietrznej.

Ponieważ różne tryby pracy silnika spalinowego wymagają własnych parametrów rozrządu zaworowego, przy wykorzystaniu mechanizmów zmiany FGR, maszyna może odpowiadać idealnym parametrom mocy, momentu obrotowego, przyjazności dla środowiska i ekonomii. Jedynym problemem, którego żaden producent nie może do tej pory rozwiązać, jest wysoki koszt urządzenia. W porównaniu ze standardowym silnikiem analog wyposażony w podobny mechanizm będzie kosztował prawie dwa razy więcej.

Niektórzy kierowcy używają układów zmiennych faz rozrządu, aby zwiększyć moc samochodu. Jednak za pomocą zmodyfikowanego paska rozrządu nie można wycisnąć maksimum z jednostki. Przeczytaj o innych możliwościach tutaj.

Podsumowując, oferujemy niewielką pomoc wizualną dotyczącą działania układu zmiennych faz rozrządu:

Układ zmiennych faz rozrządu na przykładzie CVVT

Pytania i odpowiedzi:

Jaki jest rozrząd? Jest to moment, w którym zawór (wlotowy lub wylotowy) otwiera się/zamyka. Termin ten wyrażony jest w stopniach obrotu wału korbowego silnika.

ЧCo wpływa na rozrząd? Na rozrząd ma wpływ tryb pracy silnika. Jeśli w taktowaniu nie ma przesuwnika fazowego, maksymalny efekt uzyskuje się tylko w pewnym zakresie obrotów silnika.

Do czego służy schemat rozrządu zaworowego? Ten wykres pokazuje, jak wydajnie napełnianie, spalanie i czyszczenie cylindrów przebiega w określonym zakresie obrotów. Pozwala na prawidłowy dobór rozrządu.