Министерство
образования и науки Российской Федерации
Севастопольское
высшее профессиональное училище средств связи и информационных технологий
Новые
технологии в автомобилестроении.
«Система автоматического изменения фаз
газораспределения с гидроуправляемыми муфтами»
г. Севастополь
2014
Смаглюк
Е.В.
Кузьмин Ю.В.
Новые
технологии в автомобилестроении.
«Система автоматического изменения фаз
газораспределения с гидроуправляемыми муфтами.»
Утверждено в качестве учебного пособия советом
предметно-цикловой комиссии
г. Севастополь
Постоянно растущие требования
потребителей конструкций систем автоматического к двигателям внутреннего
сгорания, желающих изменения фаз газораспределения и увеличение их мощности и
крутящего момента, увеличение диапазона их действия. не должны удовлетворяться
за счет ухудшения экономичности и повышения выбросов вредных веществ с
отработавшими газами
В данном учебном пособии по
программе, самообразования мы хотели бы достаточно подробно описать конструкцию
и принцип действия новой автоматической системы изменения фаз газораспределения
с гидроуправляемыми муфтами. Эта система применяется фирмой Volkswagen на
двигателях V6 рабочим объемом 2,8 л и V5 рабочим и объемом 2,3 л. Одним из
способов выполнения названных выше требований является применение
автоматического изменения фаз газораспределения за счет поворота впускного
выпускного распределительных валов по фазе в зависимости от частоты вращения
вала двигателя и его нагрузки.
Содержание.
Введение……………………………………………………………. .5 1. Устройство………………………………………………………..
.7 2. Принцип действия……………………………………………….. .9
3.
Поворот впускного вала в сторону опережения фаз………….. 10
4.
Поворот впускного вала в сторону запаздывания фаз………… 12
5.
Система регулирования поворота впускного вала…………….. 13
6.
Выпускной распределительный вал……………………………. 14
7.
Исходное положение выпускного вала………………………… 14
8.
Положение выпускного вала при холостом ходе двигателя…. .16
9.
Система подачи и слива масла………………………………….. 17
10.
Система управления двигателем………………………………. 19
11. Общее описание
системы управления………………………… 20 12. Электрическая схема системы изменения фаз
газораспределения…………………………………………………..
27 13. Проверка знаний………………………………………………… 28
Введение
Назначение системы изменения фаз
газораспределения
Система изменения фаз газораспределения предназначается
для их оптимизации при работе двигателя на режимах холостого хода,
максимальной мощности и максимального крутящего момента, а также для
обеспечения рециркуляции отработавших газов.
Режим холостого хода
работы на
данном режиме.
Режим максимальной
|
Рис. 1
|
двигателя
На режиме
холостого хода впускной вал поворачивается таким образом, чтобы
обеспечить достаточно позднее открытие и соответственно позднее закрытие впускных
клапанов, а выпускной вал поворачивается так, что выпускной клапан
закрывается задолго до прихода поршня в ВМТ.
В результате количество
остаточных газов в смеси снижается до минимума,
что благоприятствует стабилизации сгорания в цилиндрах двигателя и повышению
равномерности его
мощности
Для достижения
возможно большей максимальной мощности при высокой частоте вращения вала двигателя
производится задержка открытия выпускных клапанов. Благодаря
этому увеличивается продолжительность давления газов на поршень на такте расширения.
Впускной
клапан открывается после ВМТ и закрывается относительно поздно
после НМТ. При этом динамические процессы во впускной системе используются для
получения эффекта дозарядки цилиндров и соответствующего увеличения мощности двигателя.
Рис.
2
Режим максимального крутящего
момента ВМТ
Для
получения высокого значения максимального крутящего момента необходимо обеспечить
возможно больший коэффициент
наполнения цилиндров. Для этого необходимо раньше открывать
и соответственно закрывать впускные клапаны, чтобы не допустить обратный выброс
смеси из цилиндров во впускной трубопровод.
Рециркуляция отработавших газов
Повороты впускного и выпускного
Рис. 3 распределительных валов по фазе
производятся с таким расчетом,
чтобы обеспечить внутреннюю рециркуляцию отработавших газов. При этом
создаются условия для поступления отработавших
газов
из
выпускных во впускные каналы во время перекрытия фаз газораспределения (т. е. в период одновременного открытия
впускного и выпускного клапанов). При этом количество рециркулируемых газов
зависит главным образом от продолжительности перекрытия фаз.
Для этого впускные клапаны должны открываться задолго до ВМТ, а выпускные - закрываться
непосредственно перед
ВМТ. В результате оба клапана остаются открытыми одновременно и
отработавшие газы перетекают во впускные каналы. К преимуществам внутренней
рециркуляции отработавших газов по
сравнению относятся ускоренная
реакция системы ис внешней рециркуляцией повышенная равномерность
распределения Рис. 4 рециркулируемых газов по цилиндрам.
Указанные фазы газораспределения носят примерный характер и
служат для объяснения явлений, связанных с поворотом распределительных валов. Фазы
газораспределения каждого конкретного двигателя подбираются в соответствии с
его конструкцией и системой управления.
1. Устройство системы изменения
фаз газораспределения.
В систему изменения фаз газораспределения
входят следующие компоненты:
• Две гидроуправляемые муфты
На впускном распределительном вале
непосредственно установлена гидроуправляемая муфта, которая поворачивает его по
фазе по сигналам электронного блока управления двигателем. Аналогичная муфта
установлена на выпускном распределительном вале. Обе муфты являются
гидравлическими устройствами и подключены через корпус механизма
газораспределения к системе смазки двигателя.
На рисунке показано расположение
компонентов системы изменения фаз газораспределения на двигателях V5 и V6.
Каналы
подвода и отвода масла к кольцевым проточкам на распределительных валах
впускного вала
Рис.
5
•
Корпус механизма газораспределения
Корпус механизма газораспределения
установлен на головке цилиндров двигателя. Внутри корпуса проходят каналы для
подвода и отвода масла к обеим муфтам поворота распределительных валов.
•
Два электрогидравлических распределителя
Эти распределители установлены на корпусе
механизма газораспределения. Они служат для распределения подвода масла из
системы смазки двигателя к обеим муфтам поворота распределительных валов. При
этом распределитель 1 (N205) обслуживает муфту поворота впускного
распределительного вала, а распределитель 1 (N318) – выпускного распределительного
вала.
На рисунке показано расположение компонентов системы изменения фаз
газораспределения на головке цилиндров двигателей W8 и W12.
Каналы
подвода и отвода масла к кольцевым проточкам на распределительных
валах газораспределения
Корпус механизма
Рис.
6
2. Принцип действия системы
изменения фаз газораспределения.
Управление системой изменения фаз
газораспределения осуществляется блоком управления двигателя. Для этого блок
управления должен получать информацию о частоте вращения вала двигателя, его
нагрузке и температуре, а также о мгновенном положении коленчатого и
распределительных валов.
Управление положением распределительных
валов производится блоком управления посредством электрогидравлических
распределителей N205 и N318. Эти распределители открывают каналы подвода масла,
расположенные в корпусе механизма газораспределения. Масло из системы смазки
двигателя поступает через каналы в корпусе механизма газораспределения и в
распределительных валах в гидроуправляемые муфты. Муфты поворачивают распределительные
валы в соответствии с командами блока управления двигателем.
Рис.
6
Поворот впускного распределительного вала
по фазе.
Поворот впускного вала по фазе
производится по сигналам блока управления во всем рабочем диапазоне частот
вращения вала двигателя. Диапазон поворота равен 52° по коленчатому валу (к. в.)
двигателя. Управление поворотом распределительного вала по фазе осуществляется
в соответствии с характеристиками, записанными в памяти блока управления.
Конструкция гидроуправляемой муфты
впускного распределительного вала Муфта впускного распределительного
вала состоит из следующих деталей:
• встроенного в
звездочку впускного вала наружного корпуса и неподвижно соединенного с впускным
валом ротора.
Корпус
Масленые
Рис. 7 каналы
3. Поворот впускного вала в
сторону опережения фаз.
Для обеспечения внутренней рециркуляции
отработавших газов и для повышения крутящего момента двигателя впускной
распределительный вал устанавливается в положение "впускные клапаны
открываются до ВМТ". При этом блок управления двигателем подает команду на
электрогидравлический распределитель 1 (N205), в соответствии с которой
производится перемещение его золотника.
При этом открывается расположенный в
корпусе механизма газораспределения канал, подача масла через который вызывает
сдвиг сдвиг фаз газораспределения в сторону их блока управления. Масло из
системы смазки двигателя поступает под давлением в кольцевую проточку на
распределительном вале. Далее оно подается через 5 торцевых отверстий в 5 камер
гидроуправляемой муфты, соответствующих повороту распределительного вала в
сторону "ранних" фаз. Поворот этого вала производится под давлением
масла, действующего на лопасти соединенного с ним ротора, который
поворачивается в корпусе муфты.
В результате впускной распределительный вал
поворачивается в направлении вращения коленчатого вала двигателя и впускные
клапаны открываются раньше.
При выходе системы изменения фаз
газораспределения из строя гидроуправляемая муфта возвращается под давлением
масла в положение, при котором впускные клапаны открываются через 25°
Корпус механизма
газораспределения
Канал поворота всторону "ранних" фаз
Слив масла
Рис.
8
4. Поворот впускного вала в
сторону запаздывания фаз.
При работе двигателя на режиме
холостого хода и для повышения максимальной мощности впускной распределительный
вал поворачивается в сторону "поздних" фаз, при которых впускные
клапаны открываются после ВМТ. При этом блок управления двигателем подает на
электрогидравлический распределитель 1 (N205) соответствующую команду. Золотник
распределителя перемещается в положение, при котором открывается масляный канал
сдвига фаз газораспределения в сторону их запаздывания. В результате масло
подается через канал в корпусе механизма газораспределения в кольцевую проточку
на распределительном вале. Далее масло поступает через отверстия в распределительном
вале в одностороннее отверстие в болте крепления гидроуправляемой муфты и затем
подается через 5 отверстий в роторе - в полости камер за его лопастями. Под
давлением масла ротор муфты и соединенный с ним распределительный вал
поворачиваются против направления вращения коленчатого вала, и клапаны
открываются позже.
Канал поворота вала
Корпус
в сторону фазы позднего зажигания.
Слив масла
распределительный золотник
Рис.
9
Одновременно с открытием канала, служащего
для поворота распределительного вала в положение "поздних" фаз
газораспределения, золотник электрогидравлического распределителя открывает
отверстие для слива масла через канал для "ранних" фаз из полостей
муфты.
5. Система регулирования
поворота впускного вала.
Регулирование обеспечивает
плавное изменение угла установки впускного распределительного вала в диапазоне
52° по к.в., причем он может находиться в положениях раннего и позднего
открытия клапанов газораспределения. Блок управления определяет моментальное положение
впускного распределительного вала по сигналам датчика Холла. После сравнения
данных о положении вала с записанными в памяти многопараметровыми
характеристиками выдается команда на изменение его установки. В соответствии с
этой командой производится перемещение золотника электрогидравлического
распределителя 1 (N205), например, в направлении большего опережения открытия
впускных клапанов. При этом подаваемое под давлением масло поступает через
канал в корпусе механизма газораспределения в гидроуправляемую муфту и вызывает
поворот распределительного вала в требуемом направлении. При перемещении
золотника в направлении, соответствующем более раннему открытию клапанов, канал
для более позднего их открытия автоматически соединяется со сливным каналом. Если
распределительный вал повернулся на требуемый угол, золотник распределителя 1
(N205) устанавливается по команде блока управления в положение, при котором масло
поддерживается под давлением по обе стороны каждой из лопастей ротора муфты. Если
требуется поворот распределительного вала в сторону более позднего открытия
клапанов, процесс регулирования производится с подачей масла в обратном
направлении.
Рис.
10 Рис.
11
6. Выпускной распределительный
вал.
Изменение положения выпускного
распределительного вала
На предыдущих страницах описан процесс регулирования
положения впускного распределительного вала по командам блока управления. В
противоположность этому выпускной распределительный вал может быть установлен
только в двух положениях: в исходном и в положении, соответствующем холостому
ходу двигателя. При этом он поворачивается максимум на 22° по коленчатому валу.
Конструкция гидроуправляемой муфты выпускного вала аналогична конструкции муфты
впускного вала.
Только лопасти ротора у нее более широкие, так как поворот
последнего не должен превышать 22° по к. В.
Корпус муфты
Ротор
Масляные
Лопасть
увеличенной
каналы
ширины
Рис.
12
7. Исходное положениевыпускного
вала.
Выпускной распределительный вал
находится в исходном положении при частотах вращения коленчатого вала выше
частоты холостого хода и при пуске двигателя. При этом выпускные клапаны
закрываются незадолго до ВМТ. В этом положении выпускной распределительный вал
находится при работе двигателя на режимах, при которых мощность и крутящий
момент близки к максимальным значениям, а также на режимах, на которых
необходимо увеличение рециркуляции отработавших газов. При этом электромагнит
распределителя 1 (N318) обесточен.
Установка вала в исходное положение
При исходном положении вала
выпускные клапаны закрываются незадолго до ВМТ. При этом электрогидравлический
распределитель 1 (N318) никаких команд с блока управления не получает. Поэтому
он находится в положении, при котором открыт канал поворота вала в сторону
запаздывания открытия клапанов газораспределения. При этом моторное масло
подается под давлением через каналы в корпусе механизма газораспределения в
кольцевую проточку на выпускном вале и далее в камеры гидроуправляемой муфты. Под
действием давления масла лопасти ротора муфты поворачиваются до упора, увлекая
за собой распределительный вал. Последний остается в этом положении до
поступления команды управления на электрогидравлический распределитель.
Корпус
механизма газораспределения
Кольцевые
проточки
Лопасти
ротора
Одностороннее отверстие
в болте
крепления Ротор
муфты
Канал поворота вала в исходное
положение
Слив
масла Корпус
муфты
Рис.
13
8. Положение выпускного вала
при холостом ходе двигателя.
На режимах холостого хода и при
частотах вращения вала двигателя до 1200 об/мин выпускной вал поворачивается в
сторону "ранних" фаз газораспределения.
Установка вала при переходе двигателя на
режим холостого хода
Сначала блок управления
двигателем подает команду на электрогидравлический распределитель (N318). При
этом его золотник перемещается в положение, при котором открывается канал, через
который моторное масло под давлением поступает в кольцевую канавку распределительного
вала и далее через сверления в нем - в камеры муфты. Под давлением масла
лопасти ротора поворачиваются в направлении вращения вала двигателя, увлекая за
собой распределительный вал, в результате чего выпускные клапаны открываются и
закрываются раньше. Находящееся с противоположной стороны лопастей масло
сливается через сверление в болте крепления, кольцевую проточку на вале
золотник распределителя и далее в полость под крышкой привода механизма
газораспределения
Рис.
14
9. Система подачи и слива
масла.
На этой странице описывается вся
система подачи масла к гидроуправляемым муфтам и его слива. Для поворота
распределительных валов по фазе используется давление масла, создаваемое
масляным насосом двигателя. Для нормальной работы системы изменения фаз
газораспределения необходимо давление масла не менее 0,7 бар.
Контур подачи масла под
давлением
Создаваемое масляным насосом давление передается через каналы в блоке и головке
цилиндров до сетчатого фильтра, расположенного в корпусе механизма газораспределения.
Далее масло поступает под
давлением через каналы в корпусе газораспределения к одной из кольцевых
проточек на валу газораспределения, а из него - через торцевые сверления в валу
газораспределения к гидроуправляемой муфте.
Контур слива масла
Из камер гидроуправляемых муфт масло сливается через кольцевую проточку и далее
через каналы в корпусе механизма газораспределения к электрогидравлическому
распределителю.
Пройдя электрогидравлический
распределитель, масло сливается через полость цепного привода валов
газораспределения в масляный поддон двигателя.
Впускной
распределительный вал
Выпускной
Гидроуправляемая
распределительный
муфта
вал Гидроуправляемая
муфта
Механизм газораспределения
Блок
цилиндров
с
электрогидравлическими распределителями
Масляный
насос
масла Слив масла
Масляный поддон
Рис.
15
Контуры подачи и слива масла выпускного вала идентичны
таким же контурам впускного вала.
10.
Система управления двигателем.
Датчик Холла 1 (G40)
Электрогидравлический
распределитель 1 (N205) Датчик Холла 2 (G163)
Датчик частоты вращения
коленчатого вала (G28)
Измеритель расхода воздуха
(G70)
Датчик температуры
Электрогидравлический
охлаждающей жидкости распределитель 1 (N318)
(G62)
Рис. 16
11. Общее описание системы
управления.
На следующих страницах речь идет
о блоке управления двигателем и связанных с ним датчиках и исполнительных
устройствах. Описание датчиков и исполнительных устройств в данном пособии
распространяется только на двигатели с одним впускным и одним выпускным
распределительными валами. Двигатели с большим количеством распределительных
валов оснащают, естественно, дополнительными датчиками Холла и электрогидравлическими
распределителями из расчета по одному из этих приборов на каждый вал.
Система изменения фаз
газораспределения управляется блоком управления двигателем. В памяти блока
управления записаны многопараметровые характеристики, согласно которым он
выдает управляющие команды на устройства изменения фаз газораспределения. Эти
многопараметровые характеристики составлены для определенных состояний работы
двигателя, при изменении которых необходимо ввести в действие систему изменения
фаз газораспределения.
В качестве примера можно назвать
следующие состояния:
• прогрев
двигателя или работу прогретого двигателя
Новая функциональная структура
блоков управления двигателем принимает крутящий момент двигателя в качестве
основного исходного параметра для производства расчетов всех функций и команд. Величина
крутящего момента двигателя определяется блоком управления по сигналам
измерителя расхода воздуха и датчика частоты вращения вала двигателя.
Рис.
17
Способность системы к адаптации
Система автоматического изменения
фаз газораспределения способна приспособляться к внешним условиям, т. Е. Является
адаптивной. Благодаря этой способности достигается нечувствительность системы к
отклонениям ее параметров при изготовлении компонентов и к изменениям, происходимым
в результате износа компонентов в процессе эксплуатации.
Процесс приведения системы в
исходное состояние автоматически активизируется блоком управления при переходе
двигателя на режим холостого хода, если температура охлаждающей жидкости
превышает 60 °C.
Процесс адаптации заключается в
проверке блоком управления положения впускного и выпускного вала на режиме
холостого хода по сигналам датчика частоты вращения и датчиков Холла.
Если определяемое таким образом
положения валов не соответствуют записанным в памяти прибора значениям, при
последующей их перестановке производится коррекция параметров системы.
Рис.
18
Измеритель массового
расхода воздуха G70 расположен на впускной трубе двигателя.
Сигнал измерителя массового расхода воздуха используется блоком управления
двигателем для определения коэффициента наполнения цилиндров. Блок управления
двигателем определяет величину крутящего момента по величине коэффициента
наполнения с учетом коэффициента избытка воздуха и опережения зажигания.
Использование сигнала.
|
Рис. 19
Системой изменения фаз газораспределения сигнал с
измерителя расхода воздуха используется для перестановки
распределительных валов в зависимости от нагрузки двигателя
|
Последствия отсутствия сигнала.
|
При выходе измерителя расхода воздуха из
|
строя в блоке управления двигателем
формируется заменяющий его сигнал, и система изменения
фаз газораспределения продолжает работать в зависимости от условий эксплуатации
двигателя
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.