Фазообертач-це елемент газорозподільного механізму двигуна. Фактично, під поняттям фазовращателя слід розуміти спеціальну муфту, яка встановлена на розподільному валу ГРМ. Основне завдання-зміна фаз газорозподілу для досягнення максимально ефективної роботи двигуна на різних режимах і оборотах. Фази змінюються за рахунок того, що муфта трохи провертає розподільний вал.

На різних моторах система може мати як одну муфту, встановлену на впускному або випускному валу, так і дві. У другому випадку фазообертачі стоять як на впускному, так і на випускному валу.

При цьому сьогодні під поняття фазообертача нерідко підпадають і інші рішення, які представляють собою систему зміни фаз газорозподілу. Справа в тому, що різні автовиробники реалізували завдання зміни фаз газорозподілу як за рахунок установки муфт на распредвали, так і за допомогою інших конструктивних рішень. Детальніше читайте в нашій статті.

Зміст статті

• Навіщо потрібно змінювати фази газорозподілу
• Пристрій і принцип роботи фазообертача
• Надійність фазорегуляторів ГРМ
• Що в підсумку

Навіщо потрібно змінювати фази газорозподілу

Газообмін безпосередньо впливає на продуктивність двигуна і цілий ряд важливих показників під час його роботи. Фаза газорозподілу-це період від того моменту, коли клапан відкритий, до моменту, коли клапан закритий. Ще фази можуть називатися вікнами. Виражається фаза в градусах повороту коленвала.

Фактично, газообмін в двигуні означає наповнення циліндрів паливно-повітряною сумішшю і подальше видалення відпрацьованих газів з циліндра. Регулює дані процеси ГРМ. Не вдаючись в подробиці, довгий час на моторах використовувався найпростіший тип ГРМ – один распредвал і два клапана на циліндр (впускний і випускний).

Далі, в процесі еволюції двигунів внутрішнього згоряння, механізм газорозподілу отримав більше клапанів на циліндр, а також окремі розподільні вали для впускних і випускних клапанів. Пізніше на моторах також з’явилися фазообертачі (фазорегулятор). Необхідність їх установки виникла через те, що на різних режимах роботи двигуна газообмін протікає по-різному.

Якщо двигун працює на холостому ходу, частота обертання колінчастого вала невисока, кількість надходить в циліндри суміші мінімально, відпрацьованих газів також не багато. У такому режимі фази газорозподілу оптимально звужувати, перекриття клапанів (одночасне відкриття впускного і випускного клапана) також має бути мінімальним. Це дозволяє як мінімізувати часткове потрапляння надійшла суміші в випуск, так і відпрацьованих газів у впуск.

З ростом оборотів в циліндри надходить більше суміші, збільшується обсяг відпрацьованих газів. Щоб ефективніше наповнювати, а також вентилювати циліндри, потрібні більш широкі фази газорозподілу. З урахуванням того, що розподільний вал має «кулачки», які штовхають клапан на відкриття при обертанні распредвала, будь-яким чином ефективно змінювати фази з урахуванням різних режимів роботи мотора при такій конструкції не вийде.

З цієї причини на моторах без можливості динамічно змінювати фази газорозподілу, кулачки распредвала виготовляються таким чином, щоб домогтися середніх показників в плані потужності і економічності двигуна на різних оборотах (низькі, середні, високі).

Якщо ж зрушити вали і зробити кулачки так, щоб ГРМ спочатку був налаштований під вузькі фази (так звані «низові» вали), двигун буде добре працювати на низьких і початково-середніх оборотах, проте не вийде на повну потужність при збільшенні частоти обертання коленвала. У свою чергу, розширення фаз («верхові» вали) помітно знизить ефективність роботи мотора на низьких і середніх оборотах, при цьому тільки після виходу на високі обороти віддача від двигуна буде оптимальною.

Установка фазообертачів дозволила реалізувати можливість гнучкого регулювання фаз газорозподілу з урахуванням всього діапазону обертів. У свою чергу, така система дала можливість значно поліпшити ефективність роботи мотора як на низьких і середніх оборотах, так і на високих. Двигун з такою системою став більш економічним і одночасно більш «прийомистим» і продуктивним.

Пристрій і принцип роботи фазообертача

Распредвал з фазовращателем означає, що на кінці такого розподільного вала додатково встановлюються муфти з гідравлічним або електронним управлінням. Виходить, распредвал наводиться від ременя або ланцюга ГРМ не безпосередньо, а через муфту фазовращателя.

Це дозволяє трохи зрушувати розподільний вал, що і призводить до зміни часу відкриття або закриття клапанів (фази газорозподілу). Фазообертач може стояти як на обох распредвалах (вал впускних і випускних клапанів), так і на одному.  На сучасних моторах управляє роботою фазообертачів ЕБУ, грунтуючись на показаннях цілої групи датчиків (ДПКВ, датчик швидкості, ДПДЗ і т.д.).

Фазообертачі працюють за рахунок гідравліки, тобто, підключені до системи змащення двигуна. Робочою рідиною є моторне масло. Такий тип фазорегулятора називається електрогідравлічним. Також є рішення, які працюють тільки за рахунок електричного приводу.

• Для простоти розуміння, розглянемо муфту фазорегулятора електрогідравлічного типу. Усередині зубчастого шківа, встановленого на розподільному валу, є крильчатка з лопатками і циліндр з камерами.

Така муфта встановлена на ГБЦ, при цьому в самій голівці блоку зроблені канали для подачі масла в фазорегулятор. Подача масла на муфту фазовращателя регулюється за рахунок електрогідравлічних розподільників В ГБЦ.

Коли електронний блок управління подає команду на електромагнітний клапан, масло під тиском надходить в фазорегулятор по центральному каналу в розподільному валу.  Далі масло тисне на плунжер, після чого звільняється крильчатка, фазорегулятор за рахунок тиску масла повертається, тим самим змінюється положення розподільного вала.

Після того, як напруга на клапані пропадає, лопатки крильчатки під дією обертання двигуна повертаються в початкове положення, плунжер блокує систему і распредвал повертається у вихідне положення. Таким чином, вдається отримати кращий крутний момент на низьких оборотах, а також максимальну потужність на високих оборотах.

• В цілому, в режимі холостого ходу фазорегулятор забезпечує більш пізніше відкриття і закриття клапанів, що мінімізує кількість відпрацьованих газів. В результаті двигун стійко працює на холостому ходу, витрата палива в режимі холостих обертів зведений до мінімуму.
• На середніх і високих оборотах необхідно отримати максимальну потужність, для чого вал провертається так, щоб реалізувати пізніше відкриття випускних клапанів (зберігається тиск газів при робочому ході поршня). Впускні клапана відкриваються тоді, коли поршень знаходиться у верхній мертвій точці, закриваються після досягнення нижньої мертвої точки. Результат-покращене наповнення циліндрів.

Якщо просто, для отримання максимального крутного моменту, потрібно найбільш ефективне наповнення циліндрів (для цього потрібно раніше відкривати і пізніше закривати впускні клапана), при цьому важливо утримати суміш в циліндрі, не допускаючи її виходу в колектор. Що стосується випускних клапанів, реалізується їх закриття вже до моменту, коли поршень дійде до верхньої мертвої точки. Це необхідно для створення додаткового тиску в циліндрі.

Надійність фазорегуляторів ГРМ

Слід зазначити, що гідравлічні системи сильно залежать від якості і тиску масла, а також чистоти самої системи змащення двигуна. Що стосується електричних приводів, з часом може відбуватися знос сервомеханізмів. У будь-якому випадку, фазообертачі (за умови дотримання всіх рекомендацій) Відрізняються досить великим терміном служби.

При цьому важливо розуміти, що сучасні системи, крім зміщення самих фаз, також можуть розширювати або звужувати такі фази. Це означає, що в цілому системи зміни фаз газорозподілу стали набагато складніше, ніж рішення з одним або двома фазорегуляторами на розподільних валах.

При цьому надійність таких систем може відрізнятися. Наприклад, система VTEC (система додаткового підйому клапана за рахунок суміщених кулачків при високих оборотах мотора) від Honda досить надійна. У поєднанні зі звичайними фазовращателями таке рішення дозволяє ефективно змінювати фази і підвищити потужність мотора на високих оборотах. До речі, подібну схему сьогодні активно використовує не тільки Honda, але і багато інших автовиробників.

У свою чергу, ряд інших автовиробників пішов ще далі і впровадив системи типу Valvetronic або MultiAir. Так ось, на практиці ці системи менш надійні, ніж більш простий аналог, вперше використаний виробником Honda.

Якщо коротко, замість додаткового кулачка на распредвале для впускних і випускних клапанів, така система і зовсім не має впускного розподільного вала. Виходить, ГРМ тут одновальний, тобто один вал управляє роботою як впускних, так і випускних клапанів.

При цьому робота з випускними клапанами реалізована класичним способом (через кулачки). З впускними клапанами распредвал взаємодіє через особливу електрогідравлічну систему. На валу виконані кулачки, які при цьому штовхають не самі впускні клапана, а спеціальні Поршні.

Рекомендуємо також прочитати статтю про те, чому утворюється нагар на клапанах. З цієї статті ви дізнаєтеся про основні причини підвищеного нагарообразования, а також на яких двигунах і чому нагар на клапанах утворюється швидше, а також як почистити клапана від нагару.

Далі через поршень зусилля передається на електромагнітний клапан, який змушує спрацьовувати гідравлічні циліндри. У свою чергу, ці циліндри відкривають і закривають клапан в потрібний момент, тим самим регулюючи фази.

Само собою, чим складніше рішення, тим часто нижче виявляється його надійність і ресурс. З цієї причини найнадійнішим можна вважати відносно простий ГРМ, який має тільки один фазовращатель на випускному валу. Також досить непогано зарекомендувала себе конструкція від Honda, де фазорегулятори на валах доповнені системою VTEC. Те ж саме можна сказати про аналоги від інших виробників, що використовують подібну схему.

Що стосується інших систем, надійність таких ГРМ з можливістю змінювати фази газорозподілу сильно залежить від умов експлуатації, якості обслуговування, а також загального стану мотора, електрообладнання і т. д.

Що в підсумку

Як видно, наявність фазообертачів дозволяє зробити двигун більш потужним і економічним незалежно від режимів його роботи. Фазорегулятор на окремих двигунах дозволяє збільшити потужність, в середньому, на 10-15%, також двигун з можливістю змінювати фази газорозподілу добре тягне як на «низах», так і в режимі середніх і високих обертів.

З цієї причини практично кожен сучасний мотор має фазорегулятор, що дозволяє отримувати хороші динамічні показники, рівну і стабільну полку крутного моменту в широкому діапазоні доступних обертів.

Рекомендуємо також прочитати статтю про те, що краще, турбіна або компресор. З цієї статті ви дізнаєтеся про основні відмінності, а також пристрої і принципах роботи компресорного двигуна автомобіля.

У поєднанні з іншими рішеннями (збільшення кількості клапанів на циліндр, прямий уприскування палива, установка турбонаддува, підвищення ступеня стиснення, використання колекторів із змінною геометрією і т.д.) сучасний двигун став помітно продуктивніше і одночасно економічніше в порівнянні з аналогами, оснащеними простим розподіленим уприскуванням, а також ГРМ без можливості регулювання фаз газорозподілу.