Муфта в двигателе автомобиля
Муфты полного привода. Устройство и принцип работы.
Описываемый ниже тип включения полного привода настолько распространён, что перечень всех автомобилей, где он устанавливается будет достаточно обширным.
Renault Duster, Nissan Qashqai, Mitsubishi Outlander, Hyundai Tucson, Hyundai Creta (upd. в комментариях поправили, что на Creta стоит муфта другого типа), Ford Escape, Mazda CX-5 — это лишь некоторые из тех, что на слуху. В основном, конечно же, это так называемые «паркетники», где установка полноценных раздаточных коробок невозможна из-за плотной компоновки. Так же малые габариты и простота управления позволяют устанавливать муфты этого типа и на совсем маленькие автомобили типа Mini Cooper. Однако и это далеко не вся область применения. Точно такие же муфты (правда, открытого типа и покрупневшие в размерах) можно обнаружить и в составе «взрослых» раздаточных коробок (например Borg Warner 4405 для Ford Explorer или Borg Warner 4406 для Ford Expedition/Lincoln Navigator).
Устройство муфты.
Конструктивно муфту можно разделить на три части:
— электромагнитная муфта для активации функции полного привода управляемая внешним электронным блоком;
— кулачковая муфта, предназначение которой — преобразование разницы крутящих моментов на входном и выходном валу в усилие сжатия фрикционного пакета;
— фрикционная муфта посредством которой и передаётся основной крутящий момент от входного вала к выходному.
На большинстве автомобилей все эти муфты (за исключением неподвижной катушки) заключены в герметичный корпус в который залита специальная трансмиссионная жидкость. Сделано это из-за слишком разных требований к маслам используемых в гипоидных зубчатых передачах (главная пара) и в передачах с использованием фрикционных материалов.
Для простоты представления процессов рассмотрим работу муфты на примере работы в режиме принудительного полного привода. В этом случае алгоритмы работы электроники управляющей включением электромагнитной муфты можно опустить.
При включении принудительного полного привода происходит подача напряжения на катушку электромагнитной муфты (6). Якорь (3) электромагнитной муфты притягивается к катушке и смещаясь по шлицам обоймы кулачковой муфты (2) входит в зацепление с корпусом муфты образуя жёсткую кинематическую связь обоймы (2) с входным валом. Вторая обойма (1) кулачковой муфты постоянно зацеплена с выходным валом посредством шлицов.
Пока вращение входного и выходного валов синхронно (езда по твёрдому покрытию с хорошим сцеплением) ничего не происходит. Но как только возникает пробуксовка передней оси, входной вал смещается вперёд относительно выходного. Это приводит к смещению шарика (5) кулачковой муфты в бороздках. А так как бороздки имеют переменную глубину (скосы) шарик начинает давить на обоймы обгонной муфты. Обойма (2) упирается в корпус. Обойма (1) имеющая нажимной диск начинает сжимать фрикционную муфту. Сила сжатия будет расти до того момента пока угловые скорости входного и выходного валов не выравняются. То есть конструкция муфты такова, что при её срабатывании никакой пробуксовки (больше чем это достаточно для срабатывания кулачковой муфты, т.е. считанные градусы) в муфте нет. Как только начинается пробуксовка, обоймы кулачковой муфты смещаются ещё больше и фрикционный пакет сжимается с бОльшей силой пока пробуксовка муфты не будет устранена.
Правда тут есть нюанс. На дорогих спортивных авто в конструкцию муфты вносят дополнительное усовершенствование. Между якорем (3) и корпусом муфты устанавливается ещё один «первичный» (primary) пакет фрикционов. Тогда за счёт модуляции сигнала на катушке (6) появляется возможность контролировать блокировку обоймы муфты (2) допуская её некоторое проскальзывание. Тем самым появляется возможность гибко перераспределять крутящий момент между передней и задней осью. Необходимо это для изменения поведения в повороте (баланс между избыточной и недостаточной поворачиваемостью) у машин претендующих на гордое звание раллийных или спорт-каров. К недорогим паркетникам это никоим образом не относится. Там муфта работает просто по принципу вкл/выкл. Однако, «дорогие технологии» постепенно становятся более доступными и есть основания надеяться, что вскоре можно будет заняться подобной тонкой настройкой и бюджетных авто.
Но тогда возникает закономерный вопрос: как же тогда возникает перегрев муфты? А возникает он по совокупности факторов.
1. Трение во фрикционном пакете при включении муфты хоть и минимально по времени, но всё есть. Учитывая передаваемый момент и цикличность включений-выключений муфты (на некоторых режимах езды и неправильной буксовки, о чём ниже) выделение тепла может достигать значительных величин.
2. Нагрев электромагнитной катушки. Он достаточно мал, чтобы вызвать перегрев даже будучи включённой значительное время, но всё же тоже вносит вклад.
3. Нагрев в результате проскальзывания якоря (3) по корпусу муфты. Это не является штатным функционированием, но может возникать при резком включении муфты. Например, при езде на высоких скоростях по нестабильным покрытиям в режиме 4WD AUTO. При этом время включения фрикционной муфты (то есть время проскальзывания в ней) увеличивается, а значит и увеличивается тепловыделение в ней.
Интересен так же способ, которым контроллер определяет температуру муфты. Датчиков температуры муфты на большинство указанных авто не устанавливается, тем не менее контроллер как-то определяет температуру. А определяет он её по изменению сопротивления катушки, то есть по изменению тока протекающего через неё. Сопротивление меди увеличивается с ростом температуры. Изменение составляет около 25% при увеличении температуры на 60°C. Электроника просто измеряет изменение силы тока при приложенном напряжении и высчитывает сопротивление. По изменению сопротивления можно вычислить температуру. Измерения не являются абсолютно точными (измерения калиброванным датчиком будут заведомо точнее), но более чем достаточными для выявления перегрева.
При выключении муфты обесточивается катушка (6), под действием пружинного диска якорь муфты «отлипает» от корпуса муфты. Тем самым пропадает кинематическая связь между входным валом и обоймой кулачковой муфты (2), она получает возможность свободного вращения относительно корпуса на игольчатом подшипнике (4). Шарик (5) кулачковой муфты под действием сил реакции сжатого фрикционного пакета стремится занять устойчивое положение в углублении обойм (1) и (2), а так как препятствующих ему это сделать сил нет (обойма (2) свободно вращается), он «распускает» кулачковую муфту, а та в свою очередь — фрикционный пакет. Муфта разблокирована.
Теперь ещё один нюанс. Так как механическая блокировка приводится в действие от разницы в частотах вращения хвостовиков переднего и заднего мостов учитывается не пробуксовка какого-то конкретного колеса на оси, а средняя арифметическая скорость вращения левого и правого колёс осей. То есть, например, при диагональном вывешивании при активной работе газом за счёт инерции вывешенных колёс скорости вращения входного и выходного валов муфты будут периодически выравниваться и меняться местами вызывая смещение шарика (5) кулачковой муфты и разблокировку фрикционной муфты. аналогичные процессы будут происходить и при «дрифтинге» и, само собой разумеется, при смене направления движения.
Из этого следует, что дифференциал заднего моста с блокировкой сильно облегчил бы жизнь муфте полного привода. Количество ненужных включений-выключений сильно бы сократилось.
Теперь обсудим, что будет происходить в муфте при износе её компонентов.
Кулачковая муфта — практически вечная. Ей как и подшипникам грозит только контактная усталость и выкрашивание пятна контакта шарика с канавками, но даже и с такими дефектами она будет работать ещё достаточно долго вплоть до полного разрушения, так как относительные скорости шарика и обойм ничтожно низкие.
Износ якоря (либо фрикционных дисков первичного пакета, неравномерный, либо с задирами) и его контактной поверхности на внутреннем корпусе муфты приведёт к пробуксовке обоймы кулачковой муфты (2) и неполному сжатию фрикционного пакета. Как правило сопровождается это заметными рывками в трансмиссии под большой нагрузкой. Однако такой вид износа достаточно редок (помним, что относительные скорости входного и выходного валов невысоки, а при штатной «мягкой» эксплуатации и вообще около нуля).
Износ фрикционного пакета муфты до какого-то момента компенсируется кулачковой муфтой. Просто увеличиваются ходы её обойм до блокировки муфты. Но когда предел будет достигнут кулачковая муфта превратится в подшипник. При этом будут слышны достаточно громкие щелчки всякий раз, когда шарики будут проскакивать углубления в обоймах. При этом так же возможны рывки в трансмиссии но гораздо более вялые нежели в предыдущем случае.
Подведём итог. В достоинства муфты занесём простоту конструкции, минимум движущихся частей (а те, что есть, движутся с невысокими относительными скоростями), простоту управления без применения дорогих сервоприводов, герметичность конструкции (никаких выходящих наружу тяг и валов управления), плавность включения, опция управления передаваемым на задние колёса моментом. Недостаток по сути один — отсутствие возможности постоянного жёсткого подключения полного привода.
P.S. А вот видео с конструкцией муфты полного привода ранних Дастеров:
Муфта сцепления, ее устройство и принцип работы — разбираем детально
Как известно, сцепление является одним из основных узлов машины — при его неработоспособности движение на авто будет невозможным. Из этого материала мы предлагаем вам узнать, что являет собой центробежное устройство, что такое муфта сцепления, каково ее назначение, и разобраться в главных деталях узла.
Функции сцепления
Муфта сцепления устанавливается между двигателем и коробкой передач и является одним из наиболее нагруженных элементов трансмиссии. Она выполняет следующие основные функции:
Основные компоненты
Из чего состоит механизм
Назначение центробежного устройства заключается в недолговременном разъединении и соединении двигателя и коробки передач, что требуется для начала езды на машине и переключения режимов скоростей.
Рассмотрим описание и назначение основных компонентов узла:
Назначение
Муфта сцепления в автомобиле предназначается для обеспечения возможности переключения режимов движения на ходу и плавного трогания с места. С помощью муфты осуществляется кратковременное разъединение двигателя и трансмиссии автомобиля, то есть прекращение плотного соприкосновения ведущих и ведомых дисков механизма сцепления.
Таким образом, муфта – это деталь общего механизма, единого блока сцепления. Зачастую два этих слова употребляются как синонимы, например: «муфту выжми» или «выжми сцепление».
Помимо автомобилей и тракторов различных типов, муфты устанавливаются на мотоблоках, бензопилах, стационарных станках с переменными режимами вращения основного вала.
Разновидности муфт сцепления
Муфты сцепления по особенностям устройства и принципу работы различаются следующим образом:
По числу ведомых дисков:
По условиям работы:
Способом нажатия на прижимной диск:
Наособицу стоит центробежная муфта сцепления, автоматически сцепляющая или расцепляющая валы при определенной скорости вращения ведущего вала. Такая муфта используется, например, на бензопилах.
Принцип работы фрикционного сцепления
Работа сухого однодискового фрикционного сцепления очень проста и сводится к следующему. Сцепление постоянно включено — это обеспечивается диафрагменной пружиной (или рядом пружин), которая прижимает нажимной диск к ведомому диску и к маховику. В таком положении весь узел сцепления вращается как единое целое, и крутящий момент полностью передается на коробку передач.
При переключении передач сцепление выключается: при нажатии на педаль пружина сжимается (с помощью привода сцепления, нажимной вилки, муфты и выжимного подшипника), ее пластины, закрепленные в «корзине», действуют как рычаги, и отводят нажимной диск от ведомого диска. В этот момент передача крутящего момента от двигателя коробке прекращается и можно переключить передачу.
После включения нужной передачи педаль сцепления отпускается, пружина возвращается в исходное положение, прижимая нажимной диск к ведущему диску и к маховику — передача крутящего момента возобновляется.
Однако главное преимущество и все возможности сцепления проявляются в момент начала движения автомобиля. Сцепление устроено таким образом, что диски могут прижиматься друг к другу с различным усилием, а поэтому передача крутящего момента может производиться в такой степени, в которой это необходимо. Если слегка отпустить педаль сцепления, то диски будут прижаты друг к другу слабо и проскальзывать, соответственно, и крутящий момент будет передаваться на коробку и колесам не полностью — так становится возможным трогание с места и плавный разгон автомобиля.
Двойное сцепление в автомобилях с АКП
В автомобилях с автоматической коробкой передач педали сцепления нет, однако само сцепление присутствует, но управляет им автоматика. При этом в разных типах «автоматов» работают различные типы сцепления. Например, в роботизированных АКП применяется двойное сцепление, которое имеет ряд принципиальных отличий от сцепления, описанного выше.
Двойное сцепление содержит два комплекта пластин, образующих фрикционные муфты, одна из которых отвечает за передачу крутящего момента к первичному валу нечетного ряда передач, вторая — к первичному валу четного ряда передач.
Двойное сцепление работает в масляной ванне (поэтому оно относится к «мокром» типу), в нем используется пакеты из нескольких фрикционных дисков (то есть, это многодисковое сцепление). В нормальном положении пластины разомкнуты и удерживаются с помощью пружин. Сжатие дисков (как переключение передач в АКП) осуществляется с помощью масла, подающегося под давлением в гидроцилиндры муфт.
Еще в этом разделе
Характерные неисправности
Различают два основных признака неисправности в механизме сцепления. Это когда «муфта ведет» и, наоборот, «буксует».
Уход за муфтой сцепления своими силами состоит в регулировке свободного хода педали и своевременной прокачке гидропривода с целью удаления попадающего в систему воздуха.
РАСПРОСТРАНЕННЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ
Несмотря на достаточную сложность конструкции муфты транспортного средства, при правильной эксплуатации проблем с ней практически не возникает. К числу часто встречающихся проблем с муфтой можно отнести всего лишь две – проскальзывание муфты и невозможность разъединить ее полностью.
ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ
Наиболее частой причиной такого «поведения» муфты сцепления становится наличие на фрикционных накладках масляных загрязнений. Они могут появиться там после проведения ремонтных работ или простой неаккуратности водителя. Устраняется такое затруднение просто – маховик и прижимной диск тщательно очищаются от масла, после чего проблема проскальзывания сцепления больше не беспокоит автовладельца.
Муфта сцепления может проскальзывать и по другой причине – износ самих накладок и появление на них задиров. В результате этого отпускание педали не приводит к полному контакту дисков. Для исправления такой проблемы требуется отрегулировать свободный ход педали, а если это не помогает, придется заменить фрикционные накладки на новые – другого способа ремонта не предполагается.
Ресурс сцепления
Ресурс сцепления главным образом зависит от условий эксплуатации автомобиля, а также от стиля езды водителя. В среднем, срок службы сцепления может доходить до 100-150 тысяч километров пробега. В результате естественного износа, возникающего в момент соприкосновения дисков, фрикционные поверхности изнашиваются и требуют замены. Основная причина – проскальзывание дисков.
Двухдисковое сцепление обладает большим ресурсом за счет увеличенного числа рабочих поверхностей. Выжимной подшипник сцепления задействуется при каждом разрыве соединения двигателя и коробки передач. Со временем в подшипнике вырабатывается и теряет свойства вся смазка, в следствие чего он перегревается и выходит из строя.
МУФТА НЕ РАЗЪЕДИНЯЕТСЯ ДО КОНЦА
Причин такому поведению муфты также можно выделить две.
Особенности керамического сцепления
Ресурс сцепления и эффективность его работы на пределе нагрузок зависит и от свойств материала, обеспечивающего зацепление дисков. Стандартный состав накладок дисков сцепления большинства автомобилей включает спрессованную смесь стеклянных и металлических волокон, смолы и каучука. Поскольку принцип работы сцепления базируется на силе трения, фрикционные накладки ведомого диска рассчитаны на работу при высоких температурах, доходящих до 300-400 градусов Цельсия.
Диск сцепления с керамическими фрикционными накладками
В мощных спортивных автомобилях нагрузки на сцепление намного превышают обычные нормы. Для некоторых трансмиссий может применяться керамическое и металлокерамическое сцепление. В состав материала таких накладок входит керамика и кевлар. Металлокерамический фрикционный материал менее подвержен износу и выдерживает нагрев до 600 градусов без потери рабочих качеств.
Производители используют различные конструкции муфты сцепления, оптимальные для определенного автомобиля, исходя из его назначения и стоимости. Сухое однодисковое сцепление остается достаточно эффективной и недорогой в изготовлении конструкцией. Данная схема широко применяется на легковых автомобилях бюджетного и среднего классов, а также на внедорожниках и грузовиках.
МОЖНО ЛИ ПРОДЛИТЬ СРОК СЛУЖБЫ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ
Поскольку муфта сцепления не относится к числу деталей, которые легко купить и просто заменить, большинство автовладельцев вполне резонно задумываются над возможностью увеличения срока ее эксплуатации. Каких-либо особых хитростей или способов продления жизни этому автомобильному узлу не существует, достаточно следовать простым и общеизвестным рекомендациям:
Так, банальный процесс смазки должен проводится в строгом соответствии с рекомендованной производителем таблицей смазки. Чрезмерное количество смазки часто приводит к попаданию ее на накладки диска и его пробуксовке. При самостоятельной смазке при помощи шприца не следует делать больше восьми нагнетаний. Естественно, пользоваться следует только теми смазочными материалами, которые рекомендованы производителем конкретного транспортного средства.
Многодисковая муфта сцепления
Многодисковое сцепление, в связи с внедрением новых технологий, находит всё большее применение, как на легковых, так и на грузовых автомобилях с различными коробками переключения передач (механическими, автоматическими, роботизированными). Кроме этого, такие муфты сцепления применяются в трансмиссиях полноприводных машин для распределения нагрузки между передними и задними колёсами (мостами). Многодисковые муфты сцепления могут быть сухими и мокрыми. Мокрые – с применением масляной ванны, сухие – без масла. Наличие масла обеспечивает более плавное соединение дисков, улучшает отвод тепла и абразивных веществ, передвижение дисков по шлицам во время передвижения.
Значительным недостатком является низкий коэффициент трения между дисками. Увеличение коэффициента трения достигается за счёт увеличения количества ведущих и ведомых дисков, увеличения усилия прижимной пружины, применения новых фрикционных материалов. Многодисковые муфты сцепления включают в себя: — ведомые диски (3 и больше), изготовленные из тонкой стали, на которую нанесён слой фрикционного вещества (может изготовляться из высокопрочной фрикционной пластмассы). 
Ведомые диски имеют по внутреннему диаметру пазы или зубья, которые заходят в зацепление с внутренним барабаном, закреплённым неподвижно на первичном валу коробки переключения передач. Ведомые диски постоянно вращаются с внутренним барабаном и первичным валом коробки переключения передач; — ведущие диски. Устанавливаются между ведомыми дисками и имеют по внешнему диаметру пазы или зубья для зацепления с внешним барабаном; — кожух, при помощи болтов крепится к маховику; — маховик; — внешний барабан – крепится к кожуху и вращается совместно с ним. Остальные детали и принцип работы аналогичны однодисковому сцеплению.
Двойная муфта сцепления
В последнее время на автомобилях с полным приводом и роботизированными коробками передач, а также на некоторых с автоматической коробкой передач, применяется двойное сцепление, которое бывает двух видов – мокрое и сухое. Отличительной особенностью является наличие двух первичных валов коробки переключения передач. Первый вал отвечает за переключение чётных передач (2-4-6), второй – за переключение нечётных (1-3-5). Конструктивно валы выполнены так, что один находится внутри второго, то есть внутренний и наружный. Двойная муфта сцепления выполнена в одном блоке и каждая отвечает за свой вал. Управление переключением передач – автоматическое, от электронного блока по сигналам датчиков. При одной включённой муфте сцепления, вторая находится в готовности включить необходимую передачу, высшую или низшую, в зависимости от того, скорость автомобиля снижается или увеличивается. Время перехода с одной передачи на другую занимает 8-10 миллисекунд. Мы рассмотрели принцип работы, устройство и разновидности муфт сцепления, наиболее часто применяющихся в
Муфты изменения фаз газораспределения
Самое время поговорить про систему, найти которую можно даже на самом дешевом силовом агрегате. Как вы уже могли догадаться, речь пойдет про систему смены фаз газораспределения.
Что это такое? По какому принципу работает? Из чего состоит? Да и для чего используется? Постараемся максимально подробно ответить на все эти вопросы. Ну что, поехали!
Впервые система смены фаз газораспределения начали использовать на бензомоторах в 90-х годах прошлого века. Благодаря ее использованию удалось не только увеличить мощность, но также сделать двигатель более экономичным и экологичным. Да, система изменения фаз реально улучшает параметры ДВС и позволяет ему легко адаптироваться к нагрузкам и условиям работы.
По непонятной нам причине, в русском используется очень сложное обозначение этого механизма: «изменение фаз газораспределения». Человек далекий от темы очевидно ничего не поймет. В оригинале это понятие называется «valve timing», что дословно можно перевести как время открытия клапанов. Звучит в разы проще и понятней, не правда ли?
В реальности же, эта система отвечает за регулировку исключительно моментов открытия/закрытия впускных и выпускных клапанов. Она не может поменять высоту подъема клапанов и также не управляет временем их открытия. И да, время между их открытием и закрытием – остается неизменным.
Принимая во внимание все выше сказанное, что дает сдвигание момента подъема клапанов? Давайте остановимся на этом моменте более подробно.
Кстати, у нас в YouTube есть специальный ролик, в котором мы детально разобрали работу системы изменения фаз газораспределения.
Чтобы было максимально понятно, давайте использовать схемы работы системы смены фаз газораспределения. Дадим краткие пояснения.
Первым, что нужно понять, так это то, что благодаря рассматриваемой сегодня системе, удается сдвинуть момент открытия/закрытия клапанов относительно поршня. Представьте, что в зависимости от нагрузки выпускной клапан вполне реально открыть намного раньше момента, когда он достигнет мертвой точки, как и закрыть до того, как он достигнет мертвой точки, но уже верхней. Но можно сделать совсем иначе и сдвинуть данные моменты ближе к точке крайнего положения поршня. Похожая ситуация и с впускными клапанами: они открываются до, либо после достижения мертвой точки. Моменты открытия/закрытия бесступенчато регулируются. В противном случае поршни и клапана могут удариться друг о друга.
Кроме этого не стоит забывать, что 4 такта – это два оборота коленчатого вала, т.е. 720 градусов вращения. Распределительные валы медленнее в два раза, поэтому за 4 такта они провернутся только на 360 градусов. Про фазу впуска, такт сжатия, рабочий ход, такт выпуска.
Длительность фаз остается неизменной – они задаются профилем кулачков распределительных валов. Вот только поменяв момент начала открытия/закрытия клапанов, удается перенастроить двигатель под определенные условия работы.
Приобрести нужные запчасти на ваш автомобиль вы можете в нашем каталоге.
Детально разбирать принцип работы системы смены фаз мы будем на примере мотора, у которого есть фазокрутилки на обоих распределительных валах. А описывая функционал системы, давайте договоримся представлять силовой агрегат, у которого всего один цилиндр и по одному впускному и выпускному клапану. Так будет максимально наглядно и понятно. Но все описанное одинаково подходит для всех современных бензиновых моторов.
Как работает эта система на холостых?
На холостом ходу клапана перекрывает минимально, а цилиндр заполнен свежим воздухом, что позволяет очистить его от отработавших газов. Чтобы добиться максимальной экономии, рассматриваемая сегодня система, может задать максимально позднее открытие и закрытие впускного клапана. Благодаря этому такт сжатия становится минимальным, а рабочая смесь подается во впускной коллектор. По сути, это уменьшает такт сжатия, да и реальная степень сжатия снижается относительно геометрической. Звучит сложно? Говоря простым языком – эти манипуляции снижают рабочий объем цилиндра. А вот выпускной клапан, наоборот, открывается раньше обычного, до того, как поршень дойдет до НМТ на рабочем такте. Благодаря этому у отработавших газов будет больше времени выйти из цилиндра.
Еще стоит знать, что, изменяя момент открытия/закрытия, система смены фаз позволяет задать куда более короткий такт сжатия, попутно удлинив рабочий ход. Это все сказывается в положительную сторону на КПД двигателя и экономии.
Как работает эта система при средней нагрузке?
При движении с постоянной скоростью мотору требуется набрать достаточно мощности, только так можно добиться экономии бензина. Но еще стоит помнить про экологичность. Совместить эти два фактора кажется нереальным? А вот и нет, это вполне реально.
Решение очень элегантное: потребуется создать условия, где в цилиндры будет идти меньше воздуха и бензина. Также нужно максимально снизить внутренние потери при рабочих процессах.
Добиться этого удалось путем введения внутренней рециркуляции. Фазокрутилки устанавливают впускной клапан на самое раннее открытие, а вот выпускное – на максимально позднее. Благодаря чему, на такте выпуска перед ВМТ впускной клапан – открывается, одновременно с ним еще не успевает закрыться выпускной. Таким образом можно добиться максимального перекрытия клапанов и отработавшие газы могут быстро перейти во впуск.
А вот во время всасывания в цилиндр входит как свежая топливовоздушная смесь, так и отработавшие газы, кроме этого может засосать и не прогоревшее до конца топливо. И что самое главное, мотор отлично функционирует на получившейся смеси! У такого решения есть несколько положительных факторов: уменьшаются насосные потери, поскольку разрешение во впуске на порядок меньше, так что газы лучше идут через впускной клапан. Кроме этого в цилиндре скапливается не так много кислорода, так что и топлива в него подается меньше. Конечно, во время рециркуляции рабочий объем также снижается, но не благодаря геометрии камеры сгорания, а благодаря снижению количества топлива и воздуха, из которых и формируется искомая топливовоздушная смесь. И да, если в цилиндр входит меньше воздуха, то и температура сгорания снижается, а значит – ниже образование оксидов азота, что и делает мотор более экологичным.
А при максимальном перекрытии клапанов, длительность такта сжатия и рабочего хода – возрастают. Это и помогает улучшить эффективность силового агрегата.
Как работает эта система при полностью открытой заслонке?
Условно, работу мотора можно разделить на два этапа. На первом – когда педаль газа утоплена в пол, а мотор начинает разгоняться до максимальных оборотов. Данный режим даже имеет специальное название: «режим максимального крутящего момента». В нем, чтобы увеличить прирост крутящего момента, впускной клапан открывается раньше, так что и закрытие также идет раньше. Благодаря этому цилиндр очень быстро заполняет воздух, клапана почти не перекрыты, а такт сжатия длится максимально долго.
При возрастании скорости работы мотора, момент открытия становится более поздним. Опять же, перекрытие все еще минимальное, такт сжатия также уменьшается. А на позднем закрытии клапана на большой скорости работы мотора, цилиндр быстрее наполняется свежим зарядом. Проще говоря, забирает больший объем воздуха, который участвует в создании топливовоздушной смеси. Конечно, такт сжатия стал меньше, крутящий момент также понизился, вот только мотор все еще увеличивает скорость работы, а от этого увеличивается его КПД.
Система изменения фаз газораспределения на дизельных моторах
Дизелям вряд ли нужна система, отвечающая за смену момента открытия клапанов. В первую очередь, ДВС с воспламенением от сжатия не требуют поддержания стехиометрического состава топливовоздушной смеси. Вся фишка в том, что они хорошо функционируют на максимально обедненном составе, где превалирует содержания воздуха, так что им не требуются дополнительные меры, которые позволят увеличить количество подаваемого в цилиндры воздуха.
Кроме этого у дизелей нет нужды в дросселировании, так что разряжение во впускном коллекторе снижено до минимума и нет проблем с отложенным впуском.
Старые атмосферники были не очень быстрыми, отсюда и росли ноги проблем с заполнением цилиндров новым воздухом.
У современного поколения двигателей с воспламенением от сжатия есть турбонаддувы, а значит больше не нужны дополнительные манипуляции для улучшения работы клапанного механизма.
И да, благодаря высочайшей степени сжатия в дизелях возможно добиться открытия впускного клапана и позднего закрытия выпускного. А вот о перекрытии речи и быть не может.
Но стоит признать, что все же существуют турбодизельные моторы у которых есть возможность смены фаз. Например, компания Мицубиши выпускает такие моторы уже более 10 лет. Например, это ДВС 4N1, которые ставят на кроссоверы компании, идущие на рынки Центральной Европы. Да, у нас подобные моторы – редкость, но узнать подобный турбодизель легко по специальной маркировке DiD MIVEC.
Существуют фазорегуляторы и на двигателях VAG 1.6 TDI и 2.0 TDI, правда они идут под Евро-6. Отличительная черта данных моторов в поперечном расположении клапанов, благодаря чему всего один фазовращатель на распределительном валу отвечает за открытие одного впускного и выпускного клапана во всех цилиндрах.
Вот только смена фаз на этих моторах была введена, по большей части, для того, чтобы следовать строгим экологическим нормам.
Как функционируют муфты данной системы?
Теперь давайте поговорим непосредственно про смену момента открытия клапанов. Для функционирования всей системы нужно обеспечить свободу распределительных валов относительно вращения и, следовательно, относительно положения коленчатого вала и поршней.
И это стало возможно благодаря гидравлическим муфтам, которые управляются золотниковыми клапанами. Сейчас все производители задействуют муфты с лопастным ротором. Внешняя часть – статор, фиксируется с ремнем ГРМ или цепью. А во внутренней части расположен ротор, который стыкуется с распределительным валом. Лопасти ротора разделяют внутреннее пространство на 3-5 полостей, наполняемых маслом, которое подается не только перед лопастями, но и позади. Благодаря чему ротор может провернуться. Получается, что распределительный вал проворачивается относительно коленчатого, опаздывая, либо опережая коленвал.
За процесс подачи моторного масла отвечает еще один золотник, приводимый соленоидом. В корпус этого клапана также подается масло, попадающее чего центральный канал. И вполне логично, что каналы подачи масла есть до и после лопастей. Во время перемещения, золотник направляет масло в канал «ранних», либо «поздних» фаз. Соленоид – это катушка индуктивности, которая отвечает за перемещение золотника по сигналу от «мозгов» (ЭБУ).
Муфта впускного распределительного вала задает более широкий поворот относительно коленчатого вала: порядка 25-30 градусов опережения/опаздывания, а вообще система может устанавливать положение распредвала в пределах данного диапазона.
Стандартно, либо при неисправности работы данного системы, муфта фиксируется в режиме холостого хода, в таком случае впускные клапаны будут открываться намного позже BMT.
Муфта же выпускного распределительного вала может задавать опережение на 20 градусов, а система не позволяет выбирать промежуточные положения. В момент старта мотора, муфта обеспечивает нормальное положение, в котором выпускной клапан закроется чуть раньше BMT. Этот режим работает всегда, кроме холостого хода.
Во время перехода на холостые, муфта выпускного распределительного вала переходит на второе положение – когда впускной клапан откроется чуть раньше, чем HMT, а закроется намного раньше, нежели BMT.
С какими проблемами можно столкнуться в работе муфт изменения фаз газораспределения?
В принципе, неисправностей не так много. В муфтах имеется буквально несколько пар трения между статором и ротором. Старое и грязное масло провоцирует износ этих пар, из-за чего и появляется утечка масла. И да, не стоит забывать, что масло в камеры муфт подается не непрерывно: золотник открывается до достижения желаемого угла распределительного вала и закрывается. Так что если закачанное в камеры масло – вытекло, то угол установки распределительного вала становится более поздним. ЭБУ начинает повторно подавать команду на достижение раннего угла. Все это приводит к тому, что вырастает число срабатываний, а значит, внутрь зайдет еще больше загрязненного масла, что приведет к ускоренному износу муфты.
У первых версий моторов, лопасти роторов были его неотъемлемой частью. Затем были введены конструкции, где лопасти были сделаны в виде лопатки-шиберы, по аналогии с насосом ГУР, и вставлялись в пазы ротора. Получалась не самая надежная конструкция: шиберы быстро наклонялись в посадочных пазах, а это приводило к утечкам масла.
В лопастных муфтах есть стопор – миниатюрный штифт, фиксирующий ротор и статор, когда давление масла падает до нуля. Порой стопор просто изнашивается, так что во время запуска – сильно гремит, но противный звук пропадает после того, как он наполнится маслом.
Можно столкнутся с выходом из строя определенных частей системы, к примеру, нередко отказывает датчик положения распределительного вала, либо управляющего клапана, из-за чего система переходит в режим позднего открытия. Это приводит к понижению мощности мотора.
Винтовые муфты старого образца
У первых вариаций моторов можно увидеть винтовые муфты. Ротор скользит относительно статора в продольном направлении на шлицах, словно гайка по резьбе винта. Благодаря этому и происходит поворот распределительного вала относительно коленчатого. Подобная конструкция используется на двигателях компаний: БМВ, Вольво, Мерседес, Лексус.
У муфты компании Вольво нередки проблемы с герметичностью, что приводит к утечкам масла. А от выработки можно появится люфт между статором и ротором, что также приведет к утечкам.
А вот муфты Мерседес можно только похвалить, правда, ее придется менять в случае, когда изношенная цепь ГРМ обточила ее зубья.
Система смены фаз на двигателях Фольксваген
В конце 90-х и начале 2000-х, на моторах концерна VAG с 5-ю клапанами на цилиндр механизм смены фаз газораспределения представлял собой гидронатяжитель межраспредвальной цепи. Данный натяжитель сменял длину верхней, либо нижней ветви цепи, благодаря чему менялся поворот впускного распределительного вала относительно коленчатого.
Перейдя по ссылке можно проверить наличие на авторазборке конкретных автомобилей, с них также можно приобрести нужные запчасти.