Электронная система управления клапанами

Существенный прогресс в формировании характеристик автомобильных двигателей стал в последнее время возможен благодаря новой конструкции впускных трубопроводов, когда изменение длины потока приводит к значительному улучшению наполнения цилиндра свежим зарядом. Продолжая работу в этом направлении, конструкторы постоянно отказываются от старой системы постоянства фаз газораспределения в ходе открытия и закрытия клапанов.

Первым шагом было устройство, регулирующее угловое положение распределительного вала по отношению к кривошипно-шатунному механизму. Второй шагуже позволяет регулировать фазы газораспределения.

Системы по принципу изменения фаз делятся на два типа:

- системы с поворотом распределительного вала относительно своей оси (VV-I, VANOS,);

системы управления ходом клапанов (Valvetronic, VVA).

Подобную систему разработали японцы. Система FTEC фирмы «Honda» уже несколько лет изготавливается серийно. Она позволяет наряду с улучшенным распределением крутящего момента достичь максимальной мощности 73 кВт на 1 л рабочего объема. В 1993 г. «Mitsubishi» стала второй японской фирмой, предложившей аналогичную систему для четырехцилиндрового двигателя объемом 1,6 л.

Обе системы этих компаний, управляемые электроникой, имеют различные программы как для времени открытия клапанов, так и для хода клапанов. Так, работа MIVEC-system (Mitsubishi innovative Valve Timing and Lift Electronic) базируется на многолетних исследованиях и 120 патентах. Два верхних распределительных вала имеют для каждой пары клапанов по два кулачка с различными профилями. Программа газораспределения у нижнего диапазона частоты вращения коленчатого вала двигателя должна обеспечивать выпуклую кривую крутящего момента, а также пониженный расход топлива и уменьшенный выброс вредных веществ с отработавшими газами. В верхнем диапазоне частоты вращения должен достигаться значительный рост мощности.

Для пары впускных и выпускных клапанов имеется общее Т-образное коромысло 4 (рис. 16). Справа и слева от него на том же валу насажены короткие коромысла 3 и 5. Муфты, включаемые посредством электрогидравлики, соединяют Т-образное коромысло с одним или другим коромыслом, в результате через кулачок и размещенный в коротком коромысле ролик реализуется соответствующая программа газораспределения.

фаз газораспределения: 1 и 2 - соответственно пологий и острый кулачки; 3 и 5 - коромысла соответственно для острого и пологого кулачков; 4 - Т-образное коромысло

Рис. 16. Система регулирования MIVEC-system

Система VVT-i (Variable Valve Timing intelligent - изменения фаз газораспределения, разработчик - фирма «Toyota») позволяет плавно изменять фазы газораспределения в соответствии с условиями работы двигателя. Это достигается путем поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных в диапазоне 40-60° (по углу поворота коленчатого вала). В результате изменяется момент начала открытия впускных клапанов и величина времени «перекрытия» (то есть времени, когда выпускной клапан еще не закрыт, а впускной - уже открыт).

Исполнительный механизм VVT-i размещен в шкиве распределительного вала - корпус привода соединен со звездочкой или зубчатым шкивом, ротор с распредвалом, рисунок 4.21. Масло подводится с одной или другой стороны каждого из лепестков ротора, заставляя его и сам вал поворачиваться. Если двигатель заглушён, то устанавливается максимальный угол задержки (то есть угол, соответствующий наиболее позднему открытию и закрытию впускных клапанов). Чтобы сразу после запуска, когда давление в масляной магистрали еще недостаточно для эффективного управления VVT-i, не возникало ударов в механизме, ротор соединяется с корпусом стопорным штифтом (затем штифт отжимается давлением масла).

Рисунок 4.21 - Исполнительный механизм системы VVT-i (Toyota) [29]

Управление VVT-i осуществляется при помощи клапана VVT-i (OCV -Oil Control Valve), рисунок 4.22. По сигналу блока управления электромагнит через плунжер перемещает основной золотник, перепуская масло в том или ином направлении. Когда двигатель заглушён, золотник перемещается пружиной таким образом, чтобы установился максимальный угол задержки.

Рисунок 4.22 - Клапан OCV (Oil Control Valve) системы VVT-i [29]

Для поворота распределительного вала масло под давлением при помощи золотника направляется к одной из сторон лепестков ротора, одновременно открывается на слив полость с другой стороны лепестка. После того, как блок управления определяет, что распредвал занял требуемое положение, оба канала к шкиву перекрываются и он удерживается в фиксированном положении.

Конструкторы БМВ сделали следующий шаг, научившись регулиро­вать не только фазы, но и высоту подъема клапанов и избавившись от дроссельной заслонки, съедавшей изрядную долю мощности.

Пока этого добились с помощью сложной и точной механики, но в перспективе - управление клапанами вовсе без кулачковых валов с помощью электромагнитов, рисунок 4.25. Нужно лишь подождать, когда появятся не­дорогие мощные стартер-генераторы для бортовой сети напряжением 42 В, иначе не обеспечить обмотки соленоидов нужной электрической мощностью.