Применение системы изменения фаз газораспределения создает оптимальные условия работы двигателя только на полном открытии дроссельной заслонки. При других режимах работы двигателя поток воздуха ограничивает дроссельная заслонка, так как она определяет количество воздуха, поступающее в двигатель, на основании которого электронная система управления определяет угол опережения зажигания и количество подаваемого топлива в цилиндры двигателя.
При работе двигателя на режимах частичных нагрузок дроссельная заслонка создает во впускном трубопроводе разрежение, которое ухудшает наполнение цилиндров. Чтобы исключить из конструкции двигателя дроссельную заслонку, необходимо открывать впускной клапан только на время, необходимое, чтобы достичь нужного наполнения цилиндра горючей смесью.
Благодаря изменяющемуся ходу клапана снижаются потери на трение относительно обычного привода клапанов, вследствие небольшого сопротивления при малом ходе клапана.
Для решения задачи изменения хода клапана разработаны разные конструкции по открытию клапанов: механический привод, электрический привод и электрогидравлический привод.
Механический привод. Изменение высоты подъема клапана может осуществляться изменением высоты кулачка распределительного вала, воздействующего через коромысло на клапан. Такое решение под названием «VTEC-System» применяется фирмой «Хонда». Аббревиатура VTEC полностью расшифровывается следующим образом – Variable Valve Timing and Lift Electronic Control. В переводе на русский язык – это электронная система управления временем открытия и высотой подъема клапанов. Принципиальная схема этой системы для двигателя с четырьмя клапанами на каждый цилиндр и двумя распределительными валами показана на (рис. 8.31).
Переключающий механизм установлен на оси коромысел. Эта система позволяет изменять ход клапана в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (высокая или низкая), а также выключать цилиндры из работы.
Распределительный вал, кроме двух кулачков небольшой высоты 3, имеет посреди них кулачок большой высоты 6 для привода клапанов каждого цилиндра с увеличенным ходом и продолжительностью открытия. Кулачок большой высоты воздействует на дополнительное коромысло 7, которое подпирается специальным пружинным устройством 9. Внутри оси распределительного вала имеется канал 2 подачи масла к запирающему плунжеру, состоящему из двух частей. Подача масла к деталям системы осуществляется по каналу, выполненному внутри распределительного вала. Для создания необходимого давления предусмотрен дополнительный масляный насос, запитывающийся от основной масляной магистрали. Запирающий плунжер состоит из двух поршней, которые могут передвигаться под давлением масла и соединять дополнительное коромысло 7 с основными коромыслами 4. При этом кулачок 6, имеющий большую высоту, чем кулачки 3, воздействуя на дополнительное коромысло 7, соединенное с основными коромыслами 4, открывая клапана на большую величину и увеличивая продолжительность подачи топливовоздушной смеси. При прекращении подачи масла запирающий плунжер под воздействием пружины возвращается в исходное состояние, и дополнительное коромысло отсоединяется от основных.
Переключение на разные частоты вращения коленчатого вала происходит по сигналу блока управления в зависимости от разряжения во впускном трубопроводе, нагрузки, скорости движения автомобиля и температуры двигателя.
Дополнительно можно посмотреть фильм 8.10.
В двигателях Audi FSI объёмом 2,8 и 3,2 л.с. использует так называемые кулачковые сегменты (valvelift system). Распределительные валы впускных клапанов имеют шлицы, на которых установлены кулачковые сегменты, представляющие собой цилиндрические втулки с внутренними шлицами (рис. 8.32). Кулачковые сегменты, имеющие два профиля кулачков — для малого и большого ходов подъёма клапана, могут передвигаться в осевом направлении.
Сдвиг кулачковых сегментов в продольном направлении производится с помощью двух металлических штифтов, которые установлены в головке блока цилиндров перпендикулярно распределительному валу и могут выдвигаться с помощью электромагнитных исполнительных элементов (рис. 8.33).
На каждой кулачковой втулке выполнено по два сегмента для каждого клапана. Контуры кулачков имеют форму, обеспечивающую фазы газораспределения в соответствии с желаемыми характеристиками двигателя.
Малые контуры кулачков обеспечивают подъём клапана на 2 или 6 мм, большие – на 5,7 или 10 мм – в зависимости от типа двигателя (рис. 8.34).
Исполнительный элемент системы регулировки фаз газораспределения представляет собой электромагнит (рис. 8.35). Для каждого цилиндра используются два исполнительных элемента. Для перехода на другой контур кулачка сигналы управления всегда подаются лишь на один исполнительный элемент. С металлическим штифтом соединён постоянный магнит. Он обеспечивает фиксацию штифта во вдвинутом или выдвинутом положении. Выдвижение металлического штифта производится с помощью электромагнита. Возврат во вдвинутое положение производится механическим путём, благодаря профилю сдвигающей канавки кулачкового сегмента.
При подаче сигналов управления на исполнительный механизм от блока управления двигателя металлический штифт выдвигается, входит в перемещающую канавку кулачкового сегмента (рис. 8.36). Спиралевидная форма канавки обеспечивает продольное перемещение кулачкового сегмента при его вращении и производит таким образом перевод системы на другой контур кулачка. При включении электромагнита металлический штифт, который прочно соединён с постоянным магнитом, начинает движение, пока не достигнет нижнего упора.
Подача сигнала управления на электромагнит производится только для выдвижения металлического штифта. Затем он удерживается в выдвинутом положении за корпус исполнительного элемента при помощи постоянного магнита. Кулачковый сегмент прилегает к осевому ограничителю в точно определённом положении. Перевод кулачкового сегмента в прежнее положение производится с помощью второго металлического штифта со сдвигающей канавкой на противоположной стороне сегмента. При этом постоянный магнит создаёт в катушке электромагнита индуктивное напряжение. Этот сигнал используется блоком управления двигателя для распознавания успешного переключения.