2.6.2. Фазы газораспределения

Фазами газораспределения называют углы поворота коленчатого вала (по отношению к мертвым точкам), при которых происходит открывание и закрывание впускного и выпускного клапанов. Фазы газораспределения изображают в виде круговой диаграммы, называемой диаграммой фаз газораспределения двигателя (рис. 2.32).

Диаграмма фаз газораспределения двигателя

Рис. 2.32. Диаграмма фаз газораспределения двигателя: А, В — точки соответственно открывания и закрывания впускного клапана; С — точка впрыска (зажигания) топлива; D, Е — точки соответственно открывания и закрывания выпускного клапана; (ϕ1,ϕ3 — углы опережения открывания клапанов; ϕ4 — углы запаздывания закрывания клапанов

В точке А с углом опережения ϕ1, (до прихода поршня в ВМТ) открывается впускной клапан, который закрывается в точке В с углом запаздывания ϕ4 (после прихода поршня в НМТ). Таким образом, впуск в цилиндр горючей смеси (или воздуха) соответствует углу поворота коленчатого вала больше 180°, а именно с углом поворота, равным 180° + ϕ1 + ϕ4.

Далее от точки В начинается сжатие, которое заканчивается в точке С. В момент прихода поршня в точку С (до ВМТ) в камеру сгорания подается топливо (в дизеле) или высокое напряжение на свечу зажигания (в бензиновых двигателях). Начиная от точки С в цилиндре идет процесс горения, который заканчивается после ВМТ.

Такт расширения, который начинается в ВМТ, заканчивается в НМТ. Причем в точке D (до прихода поршня в НМТ) открывается выпускной клапан и начинается очищение цилиндра от отработавших газов, которое в основном завершается в момент открывания впускного клапана в точке А, когда в цилиндр начинает поступать свежий заряд. Полностью очищение цилиндра заканчивается в точке Е (после ВМТ). Следовательно, выпускной клапан открывается с углом опережения ϕ3 и закрывается с углом запаздывания ϕ2, находясь в открытом состоянии при повороте коленчатого вала на угол 180° + ϕ3 + ϕ2.

В ДВС впускной клапан открывается (в зависимости от модели) с опережением З…З1° (до ВМТ), а закрывается с запаздыванием 30…85° (после НМТ). Опережение фазы открывания впускного клапана объясняется тем, что подъем кулачка происходит не мгновенно и к моменту создания значительного разрежения в ц и линдре впускной канал должен быть открыт полностью. Запаздывание фазы закрывания впускного клапана обеспечивает лучшее наполнение цилиндра, поскольку при достижении поршнем НМТ давление в цилиндре остается меньше атмосферного, и при дви жении поршня к ВМТ заряд будет продолжать поступать в ц и линдр до момента выравнивания давлений в цилиндре и впускном канале. Таким образом, общая продолжительность фазы открывания впускного клапана соответствует углу поворота 213… 296°.

Выпускной клапан открывается с опережением 45…70° (до НМТ) и закрывается с запаздыванием 8…47°. Значительное о п е режение фазы открывания выпускного клапана обеспечивает и н тенсивное удаление основной части отработавших газов из ц и линдра и снижение в нем давления. На последующее удаление остатков газов затрачивается минимальная работа. Запаздывание фазы закрывания клапана обеспечивает лучшее очищение цилиндра от продуктов сгорания, так как в момент прихода поршня в ВМТ давление газов в цилиндре еще превышает атмосферное. Общая продолжительность фазы открывания выпускного клапана составляет 235…297°.

Продолжительность фаз открывания и закрывания впускных и выпускных клапанов во многом зависит от быстроходности д ви гателя. С увеличением частоты вращения коленчатого вала продолжительность фазы открывания клапанов возрастает.

Из анализа диаграммы газораспределения следует, что в с ек торе АЕ (угол ϕ1 + ϕ2) происходит перекрытие клапанов, т.е. это непродолжительный период времени, в течение которого одновременно открыты оба клапана (впускной и выпускной). Из-за кратковременности перекрытия клапанов и больших скоростей
инерции потоков свежей смеси отработавшие газы не только не попадают во впускной канал, но способствуют эффекту подсасывания, улучшающему наполнение цилиндра свежим зарядом.

Для двигателей каждой модели фазы газораспределения устанавливают экспериментально, они определяются профилем и расположением кулачков распределительного вала, установкой его по отношению к коленчатому валу, зазорами между толкателями или коромыслами. В зависимости от размера и профиля кулачков вала определяются моменты открывания и закрывания клапанов, закономерность и высота их подъема и время открывания.

Порядок работы двигателя указывается в его технической характеристике, он устанавливается так, чтобы рабочие такты происходили последовательно, но не в соседних цилиндрах, а в удаленных один от другого. Это позволяет разгрузить коренные подшипники коленчатого вала от ударных нагрузок, возникающих во время рабочих тактов в цилиндрах.