При рассмотрении рабочих процессов ДВС в первом приближении было принято, что открытие и закрытие клапанов происходят в мертвых точках. Однако в действительности открытие и закрытие клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках. Это связано с тем, что время, приходящееся на такты впуска и выпуска, очень мало, и при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя оно составляет тысячные доли секунды. Поэтому если открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов будут происходить точно в мертвых точках, то наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания будут недостаточными. Для улучшения процессов наполнения и очистки цилиндров, а также процессов сгорания, моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях происходят с определенным опережением или запаздыванием относительно положения поршней в ВМТ и НМТ.
Горючая смесь и отработавшие газы имеют определенную массу и обладают инерцией. Вследствие инерционного напора струи горючая смесь будет продолжать поступать в цилиндр через впускной клапан в процессе впуска даже когда поршень, достигнув НМТ, начнет двигаться вверх, в начале такта сжатия. Это обеспечивает лучшее наполнение цилиндра горючей смесью или воздухом. Таким же образом можно заранее, в конце рабочего хода, открыть выпускной клапан, поскольку поршень уже получил основную энергию от сгоревшего топлива. Это также поможет очистить цилиндр от отработавших газов, за счет того, что поступающая в цилиндр горючая смесь или воздух помогает выталкивать остаточные продукты горения. Закрыть выпускной клапан лучше после того, как поршень пройдет ВМТ в конце такта выпуска, потому что продукты сгорания по инерции будут еще некоторое время выходить из цилиндра.
Другими словами, клапаны не должны открываться и закрываться в моменты нахождения поршней в соответствующих мертвых точках.
Реальные моменты открытия и закрытия клапанов выраженные в градусах поворота коленчатого вала называют фазами газораспределения, а их графическое изображение носит название круговой диаграммы фаз газораспределения (рис. 4.49).
На круговой диаграмме фаз газораспределения (рис.6.10, а) видно, что при такте впуска впускной клапан 1 (рис. 6.10, б) начинает открываться с опережением, т.е. до подхода поршня в ВМТ. Угол α опережения открытия впускного клапана для двигателей различных моделей составляет 10 … 32°. Закрывается впускной клапан с запаздыванием после прохождения поршнем НМТ (во время такта сжатия). Угол β запаздывания закрытия впускного клапана в зависимости от модели двигателя составляет 40 …85°.
Выпускной клапан 2 начинает открываться до подхода поршня к НМТ (во время такта рабочего хода). Угол γ опережения открытия выпускного клапана для различных двигателей составляет 40…70°. Закрывается выпускной клапан после прохождения поршнем ВМТ (во время такта впуска). Угол δ запаздывания закрытия выпускного клапана составляет 10…50°.
Фазы газораспределения подбираются специалистами на заводах опытным путем в зависимости от конструкции впускной и выпускной системы двигателя и его быстроходности. При этом стремятся применять колебательное движение газов в выпускной и впускной системах таким образом, чтобы к конечному положению закрытия впускного клапана перед ним образовалась бы волна давления, а к конечному этапу закрытия выпускного клапана за ним бы формировалась волна разрежения. При данном подборе фаз газораспределения одновременно удается улучшить наполнение цилиндров свежей смесью, а также более качественней их очистить от отработавших газов
Общая круговая диаграмма показывает, что в определенный период времени одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. Угловой интервал (α + δ) вращения коленчатого вала, при котором оба клапана открыты, называется перекрытием клапанов, которое необходимо для своевременной и качественной очистки цилиндров от продуктов сгорания.
В обычном двигателе фазы газораспределения определяются формой кулачка распределительного вала и остаются неизменными во всех диапазонах работы двигателя. Однако постоянные фазы газораспределения не позволяют создавать оптимальные процессы смесеобразования.
Чтобы варьировать фазами газораспределения необходимо изменять положение распределительного вала относительно коленчатого, что в современных двигателях получается с помощью систем изменяемых фаз газораспределения, путем поворота распределительного вала относительно его привода (рис. 4.50).
Холостой ход. На этом режиме работы следует устанавливать такой угол поворота распределительного вала, который соответствует самому позднему началу открытия впускных клапанов (максимальный угол задержки, при минимальном перекрытии клапанов). Этим обеспечивается минимальное поступление отработавших газов во впускной трубопровод, что улучшает стабильность работы двигателя и снижение расхода топлива.
Режим низких нагрузок. Перекрытие клапанов уменьшается для минимизации поступления отработавших газов во впускной трубопровод, что улучшает стабильность работы двигателя.
Режим средних нагрузок. Перекрытие клапанов увеличивается, что позволяет снизить «насосные» потери, при этом часть отработавших газов поступает во впускной трубопровод, что позволяет снизить температуру рабочего цикла и вследствие этого содержание оксидов азота в отработавших газах.
Режим высоких нагрузок при высокой частоте вращения коленчатого вала. Для того чтобы получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленчатого вала, необходимо перекрытие клапанов около ВМТ с большим углом поворота коленчатого вала. Это связано с тем, что мощность в наибольшей степени зависит от максимально возможного количества топливно-воздушной смеси, попадающей в цилиндр за короткое время, но, чем выше частота вращения, тем меньше время, отводимое на заполнение цилиндра.
Режим высоких нагрузок при низкой частоте вращения коленчатого вала. На этом режиме обеспечивается раннее закрытие впускных клапанов, что обеспечивает увеличение крутящего момента. Небольшое или нулевое перекрытие клапанов заставляет двигатель более четко реагировать на изменение положения дроссельной заслонки, что, например, очень важно в транспортном потоке.
В 90-е годы все больше и больше двигателей стали оборудоваться системами изменения фаз газораспределения таким образом, что угол перекрытия клапанов мог изменяться в соответствии с режимами работы двигателя. В этих системах, применяемых на двигателях DOHC (с двумя распределительными валами), монтировалось специальное устройство в приводную шестерню распределительного вала впускных клапанов. Такие устройства называют изменяемыми фазами газораспределения VIVT (Variable inlet valve timing).
Впервые изменение фаз газораспределения было применено на автомобилях Альфа Ромео в 1983 году. После этого такие системы стали применяться на автомобилях Mercedes-Benz, Nissan, BMW, Porsche и др. Принцип действия привода поворота распределительного вала, для изменения фаз газораспределения, может быть механический, гидравлический, электрический и пневматический.
Как правило, изменение фаз газораспределения применяется в двигателях с двумя распределительными валами, один из которых служит для открытия впускных клапанов, другой – выпускных. Широкое распространение находят системы с изменение натяжения цепи по принципу гидравлического кольца. Изменение фаз газораспределения при таком виде производится только для впускных клапанов. Распределительный вал для открытия выпускных клапанов приводится во вращение от коленчатого вала двигателя через шестерню или звездочку ременной, или цепной передачи 1, а распределительный вал для открытия впускных клапанов через цепную передачу от звездочки установленной на распределительном вале привода выпускных клапанов 2 (рис. 4.51).
В систему изменения фаз газораспределения масло поступает через отверстие в головке блока. Изменение потоков масла осуществляется управляющим клапаном 1, передвигающим золотник 2, по сигналам блока управления двигателем (рис. 4.52).
Для изменения фаз газораспределения впускных клапанов служит гидравлический цилиндр с поршнем 10. При подаче масла в цилиндр по сигналу блока управления поршень, выдвигаясь, воздействует на натяжитель цепи. Одна сторона цепи начинает удлиняться, а противоположная укорачиваться, при этом происходит поворот звездочки для привода впускных клапанов, не связанной цепной передачей с коленчатым валом. Управление подачей масла осуществляется с помощью клапана 1, управляемого электронным блоком управления. Указанная система имеет дискретный двухпозиционный диапазон изменения фаз газораспределения, так как давление масла, развиваемое штатным масляным насосом, изменяется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, и может служить только для движения поршня в верхнее или нижнее положение. Такой принцип изменения фаз газораспределения имеют серийные двигатели фирмAudi, Porsche, Ford и Volkswagen.
При неработающем двигателе изменения натяжения цепи не происходит, ввиду отсутствия давления масла на управляющий поршень 10. Стартовый фиксатор 8 при этом входит в паз канавки управляющего поршня и стопорит его, исключая колебания цепи. Распределительный вал в данном случае устанавливается на более позднее открытие клапанов, соответствующее увеличению мощности двигателя. В зависимости от сигнала блока управления масло направляется в каналы, по которым масло поступает сверху или снизу поршня.
Полость для масла служит для наполнения без давления плунжера натяжного устройства цепи нагнетательной полости при запуске двигателя. Это сказывается также положительно на шумовых свойствах при запуске двигателя. Отверстие 3 сверху полости для масла служит для вентиляции и смазки цепи.
После запуска двигателя, когда давление масла начинает возрастать, оно воздействует на плоскость стартового фиксатора, преодолевая натяжение его пружины. Стартовый фиксатор освобождает управляющий поршень и он, передвигаясь, натягивает цепь, устанавливая фазы газораспределения в положение раньше или позже (рис. 4.53), соответствующее увеличению крутящего момента или мощности двигателя.
При верхнем натяжении распределительный вал впускных клапанов поворачивается в сторону «запаздывания», другими словами, впускные клапаны открываются и закрываются позже. Если будет нижнее натяжение распределительный вал впускных клапанов поворачивается в сторону «опережения», и впускные клапаны открываются и закрываются раньше.
Для увеличения давления на поршень может применяться отдельный масляный насос. Применение высокого давления позволяет устанавливать более точное положение распределительного вала в зависимости от нагрузки двигателя.
Необходимый угол изменения фаз газораспределения выбирается в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала по полю параметрических характеристик. Отклонение необходимого угла поворота распределительного вала от истинного угла рассчитывается по алгоритму блока управления, согласно выданному значению которого, изменяется ток в клапане управления давлением масла. Клапан управления в свою очередь изменяет давление масла на исполнительный механизм, позволяющий поворачивать распределительный вал. Частота вращения коленчатого вала определяется индуктивными датчиками, установленными на коленчатом или распределительном валу, считывающими частоту вращения по зубчатым колесам, установленным на валах.
Распределительный вал привода впускных клапанов может поворачиваться и с помощью поршня (рис. 4.54).
Устройство устанавливается на переднем конце распределительного вала, управляющего впускными клапанами.
При низких частотах вращения коленчатого вала обеспечивается позднее открытие впускных клапанов и минимальное перекрытие клапанов, что позволяет добиться минимально возможного обратного выброса отработавших газов во впускной канал, увеличения крутящего момента и снижения расхода топлива. В этом положении якоря-клапана его вертикальный канал соединен с пространством с правой стороны поршня, так как электромагнит 5 устройства выключен (рис. 4.54, а). Поршень 4 отжат влево под воздействием пружины и давления масла, поступающего через якорь-клапан 6.
На высоких частотах по команде электронного блока управления двигателем включается электромагнит 5, сердечник которого соединяет вертикальный канал с пространством с левой стороны поршня (рис. 4.54, б). Масло из центрального отверстия распределительного вала поступает под поршень 4, имеющий внутренние и наружные косые шлицы. Ответные шлицы имеет конец вала и ступица звездочки цепи 3. Двигаясь в направлении «назад», поршень за счет шлицев обеспечивает сдвиг звездочки в окружном направлении относительно вала на 12…15° в сторону более раннего впуска. Это позволяет увеличить крутящий момент двигателя на высоких частотах вращения. Подобные механизмы устанавливаются на двигателях (Мercedes Вenz, Alfa Romeo и др.) с двумя верхними распределительными валами.
В конструкции двигателей БМВ применены принципы работы обоих вышеописанных способов изменения фаз газораспределения (рис. 4.55).
Косозубая шестерня 2 может перемещаться в продольном направлении при воздействии масла на управляющий поршень. Перемещаясь, она сдвигает в окружном направлении звездочку привода распределительного вала. Применение такой конструкции позволяет изменять фазы газораспределения не только для впускных (до 60°), но и для выпускных клапанов (до 46°).
В связи с все более повышающимися требованиями к уменьшению выбросов токсичных веществ с отработавшими газами в настоящее время разработаны устройства, которые могут изменять фазы газораспределения во всем диапазоне возможной частоты вращения коленчатого вала двигателя, как для впускных, так и для выпускных клапанов, что позволяет регулировать количество остаточных отработавших газов в камере сгорания. Бесступенчатое изменение фаз газораспределения позволяет также улучшить работу двигателя на холостом ходу и полных нагрузках, обеспечивая повышение крутящего момента и мощности. Такая система с использованием гидроуправляемой муфтой показана на рис. 4.56.
Привод состоит из двух частей – внутренней с закручивающимся ротором 10, связанной с распределительным валом и внешней 11, приводимой цепью или ременной передачей от коленчатого вала. Связь между обеими частями осуществляется с помощью масляной полости, в которой выступы ротора или лопасти поворачивают ротор влево или вправо. Одновременно с ротором поворачивается распределительный вал, на который навинчен ротор.
Давление масла в рабочей камере зависит от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и температуры двигателя. Положение распределительного вала относительно коленчатого вала во время работы двигателя может быть, как переменным, так и постоянным (фиксированным). Питание рабочей полости осуществляется от системы смазки двигателя.
Жесткая связь между приводной звездочкой и ротором, связанным с распределительным валом, существует только во время запуска двигателя. Некоторые производители, например, Ауди, при запуске двигателя блокируют ротор при запуске двигателя специальным плунжером, управляемым гидравлической системой, что позволяет установить распределительный вал привода впускных клапанов в положении наиболее благоприятного впуска топливовоздушной смеси. При наполнении масляной полости маслом, внутренняя и внешняя части привода разъединяются. При самом большом давлении масла распределительные валы поворачиваются в положение, соответствующее наиболее позднему впуску горючей смеси и наиболее раннему выпуску отработавших газов.
Управляющий электрогидравлический распределитель 8 состоит из гидравлической части и электромагнита. Клапан установлен на корпусе распределительных валов и подключен к системе смазки двигателя. В цилиндре распределителя установлен золотник, перемещение которого приводит к изменению потоков масла. Управление положением золотника управляющего распределителя происходит по сигналу электронного блока управления 2. В зависимости от положения распределителя масло подается к гидроуправляемой муфте через один или через оба канала. Подключением того или иного канала производится перестановка ротора в положение «рано» или «поздно» или же он удерживается в определенном фиксированном положении.
Принцип работы гидроуправляемой муфты заключается в следующем. После пуска двигателя гидроуправляемая муфта поворота распределительного вала остаётся заблокированной стопорным пальцем в положении «рано» до тех пор, пока не будет обеспечено требуемое давление масла. Как только необходимое давление масла будет создано, подпружиненный стопорный палец разблокирует муфту и можно будет изменять угловое положение распределительного вала. Регулируя соотношение давления масла в рабочих камерах между ротором и статором, распределительный вала можно бесступенчато поворачивать в диапазоне от 0° до 50° угла поворота коленчатого вала или 25° по углу поворота распределительных валов. Для регулирования фаз газораспределения блок управления двигателя подаёт ШИМ-сигнал на клапан регулятора фаз газораспределения. В результате сервоклапан перемещается в среднее положение (рис. 4.57, а) и остаётся в нём, пока режим работы двигателя не потребует изменения углового положения распределительный вала в направлении «рано» или «поздно».
Чтобы повернуть распределительный вал в сторону «поздно», блок управления двигателя подаёт на клапан регулятора фаз газораспределения ШИМ-сигнал. Вследствие этого сервоклапан занимает положение, при котором находящееся под давлением масло начинает поступать по масляному каналу в рабочие камеры «B» (рис. 4.57, а). Одновременно с этим сервоклапан открывает канал, по которому масло может стекать из рабочих камер «A» в масляный поддон. В результате под давлением масла, действующим на пластины ротора со стороны рабочих камер «B», ротор и распределительный вал поворачиваются относительно статора. Распределительный вал поворачивается в направлении вращения коленчатого вала. За счёт этого впускные и выпускные клапаны, активируемые регулируемым распределительным валом, открываются и закрываются позже.
Чтобы повернуть распределительный вал в сторону «рано», сигнал от блока управления двигателя на клапан регулятора фаз газораспределения соответствующим образом изменяется. Сервоклапан смещается, и масло под давлением начинает поступать по управляющему каналу в рабочие камеры «A» (рис, 4.57, б). Одновременно с этим клапан открывает канал стока масла из рабочих камер «B» обратно в масляный поддон. Давление масла действует теперь на пластины со стороны рабочих камер «A», и ротор вместе с распределительным валом поворачивается в направлении «рано».
Исходное положение золотника определяется натяжением возвратной пружины.
В бензиновых двигателях с системой непосредственного впрыска Mazda по Евро 6 применяются 2 разных по конструкции муфт — это привычная гидравлическая на выпускном распределительном валу и электрическая на впускном. Это выполнено в связи с тем, что в этих двигателях применяются 2 разных цикла работы — традиционный Отто и Аткинсона.
Применение двух разных циклов работы позволило сократить насосные потери в двигателе и повысить экономичность. Цикл Аткинсона задействуется при низких нагрузках, когда нет необходимости в высоком крутящем моменте: впускные клапаны закрываются позже, уже на такте сжатия, и часть воздуха выходит через них обратно во впускной коллектор. По сути, поршень проходит часть пути без сжатия воздуха. Это снижает фактическую степень сжатия и крутящий момент, но вместе с ними и насосные потери. При средних и высоких нагрузках впускные клапаны закрываются раньше (привычный цикл Отто) и происходит полное наполнение цилиндров. Степень сжатия повышается до 14 и двигатель работает с большим крутящим моментом.
Применение цикл Аткинсона потребовало включения во впускную систему вакуумного насоса для нормальной работы усилителя тормозной системы из-за недостатка вакуума во впускном коллекторе при работе двигателя в этом режиме.
Кроме гидравлической муфты в настоящее время находит применение электрическая муфта. Она имеет больший диапазон регулирования и обеспечивает более точное управление по сравнению с гидравлической. Муфта состоит из электродвигателя (рис. 4.58) (установлен на передней крышке мотора) и соединенного с ним привода (закреплен на самом распредвалу), представляющего собой планетарную передачу. Пока скорости вращения электродвигателя и распредвала равны, фазы постоянны. Для их опережения или запаздывания ЭБУ дает команду электродвигателю на замедление или ускорения вращения. Эту разность вращений планетарная передача преобразует в проворот распредвала относительно его звездочки, а значит изменение фаз газораспределения.
4.2.4. Системы изменения высоты подъема клапана
В Европе вступают в силу новые нормы по токсичности Евро-6, и моторостроители ищут способы удовлетворения этим требованиям их серийной продукции. Очередная перенастройка блока управления – существенно ухудшает мощностные параметры двигателей и поэтому больше не приемлема. Переход на непосредственный впрыск бензина в цилиндры увеличивает выбросы оксидов азота, и это обстоятельство требует установки на автомобили более совершенных нейтрализаторов. Эти устройства, чтобы их не вывели из строя примеси серы, должны иметь систему регенерации, которая существенно увеличивает их стоимость.
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 увеличению хода клапана на высокой частоте вращения коленчатого вала достигается наилучшая вентиляция цилиндра и заполнение топливовоздушной смесью. При минимальной частоте вращения коленчатого вала ход клапана минимален. При этом уменьшается эффект перекрытия клапанов, благодаря чему расход топлива минимален. С увеличением частоты вращения коленчатого вала величина открытия клапанов увеличивается. При этом уменьшается сопротивление газовым потокам внутри цилиндра, скорость продувки и наполнения цилиндра топливовоздушной смесью возрастает. Кроме того, увеличивается действие инерционного эффекта. Топливовоздушная смесь внутри цилиндра запирается клапанами при гораздо большем давлении, ее плотность выше, чем при минимальной частоте вращения коленчатого вала. 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.6.19.)
Рис. 4.59. Изменение высоты подъема клапана при разной высоте кулачка распределительного вала автомобилей Хонда:устройство а – положение кулачков распределительного вала при малой частоте вращения коленчатого вала; б – положение кулачков распределительного вала при большой частоте вращения коленчатого вала; 1 – запирающий плунжер в свободном состоянии; 2 – канал подачи масла; 3 – профиль кулачков для низкой частоты вращения коленчатого вала; 4 – основные коромысла; 5 – подача масла; 6 – профиль кулачков для высокой частоты вращения коленчатого вала; 7 – дополнительное коромысло; 8 – запирающий плунжер в рабочем состоянии; 9 – пружинное для подпирания дополнительного коромысла
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.
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. 4.60). 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. 4.61).
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. 4.62).
Исполнительный элемент системы регулировки фаз газораспределения представляет собой электромагнит (рис. 4.63). 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. 4.64). 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.
Фирма Порше в 2000 году внедрила для своих двигателей с турбонаддувом чашечный толкатель и изменяемой высотой подъема клапана (рис. 4.65).
Чашечный толкатель состоит из двух частей – внутреннего 3 и внешнего толкателя 2. На внутренний толкатель воздействует маленький кулачок распределительного вала, обеспечивающий ход клапана 3 мм. На внешний толкатель воздействуют два больших кулачка распределительного вала, обеспечивающих ход клапана 10 мм. Внутренний толкатель работает в том случае, когда запирающий плунжер 1 не соединяет оба толкателя. Если по сигналу блока управления масло подается к запирающему плунжеру, оба толкателя соединяются в одно целое и в этом случае начинает работать внешний толкатель, обеспечивая больший ход клапана на соответствующем режиме.
Представителем механического привода является система Valvetronic, применяемая на автомобилях БМВ, управляющая подъемом впускных клапанов и дозирующая поступающую в цилиндры рабочую смесь, что позволяет повысить экономичность двигателя без потерь мощности при удовлетворении норм Евро-4 и сохранении системы впрыска во впускной коллектор. Общий вид системы показан на (рис. 4.66).
Между распределительным валом 6 и каждой парой впускных клапанов 8 размещен дополнительный рычаг 5, который крепится на оси. Электродвигатель 1 через червячную передачу поворачивает эксцентриковый управляющий вал 4 на угол, определяемый электронной системой управления.
Клапана открываются непосредственно рычагами 5 с роликовыми опорами при воздействии на коромысла, опирающиеся с одной стороны на клапан, с другой стороны на гидравлический толкатель. Рычаги 5 посредством витых пружин 3 прижимаются к кулачку распределительного вала. Для снижения потерь на трения на осях рычага с роликовой опорой и коромысла установлены игольчатые роликовые подшипники.
При повороте эксцентрикового вала, эксцентрик набегая на рычаг 5, поворачивает его на определенный угол. Перемещая эксцентриковый вал, электродвигатель увеличивает или уменьшает плечо промежуточного рычага, тем самым, удлиняя или укорачивая ход впускных клапанов в соответствии с нагрузкой двигателя. Учитывая, что эксцентрик смещающий ось толкателя, имеет электрический привод, это позволяет задавать угол поворота нелинейным и программировать его индивидуально для каждого двигателя.
Величина открытия клапана изменяется от 0,20 мм (обеспечивая работу на холостом ходу и уменьшая нагрузку на клапан) до 9,7 мм, необходимых для получения максимальной мощности. Высота подъема клапанов, и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль управления подачей топлива, потенциометр которой передает сигнал в блок управления и при этом нет необходимости применять дроссельную заслонку для изменения количества подаваемого воздуха, хотя она и сохраняется в системе Valvetronic. Она необходима лишь при диагностике системы и на всех режимах работы двигателя заслонка всегда полностью открыта.
Площадь, занимаемая установкой механической системы высоты подъема клапана, на головке блока не изменяется, необходимо лишь дополнительное пространство для установки электродвигателя. Эксцентриковый вал, рычажный механизм, распределительный вал крепятся единым модулем на головке блока.
Выпускные клапана в приведенной системе открываются, как и в традиционных системах с помощью распределительного вала и коромысел. В настоящее время фирмой БМВ разработаны системы изменения высоты подъема и для выпускных клапанов.
Подобная система применяется в двигателях EP6 на Peugeot 308 (рис. 4.67), где привычная цепочка «впускной распределительный вал — коромысло — клапан» была дополнена эксцентриковым валом 2 и промежуточным рычагом 3. Поворот эксцентрикового вала 2 осуществляется электроприводом. Шаговый электродвигатель, управляемый компьютером, поворачивая эксцентриковый вал 2, увеличивает или уменьшает плечо промежуточного рычага 3, задавая необходимую свободу перемещения коромыслу 4, с одной стороны опирающемуся на гидротолкатель 5, а с другой, воздействующему на впускной клапан 6. В соответствии с нагрузкой на двигатель варьируется высота подъема клапанов (от 0.2 мм до 9.5 мм), за счет изменения плеча промежуточного рычага 3.
Электромагнитный привод клапанов. Улучшение наполнения цилиндров можно достигнуть без увеличения числа клапанов, удлинения фазы впуска и увеличения подъема клапана, применяя электромагнитный привод клапана EVA (Electromagnetic Valve Actuator). Такие системы в настоящее время интенсивно разрабатываются как в Европе, так и США.
Электромагнитный привод клапанов представляет собой подпружиненный клапан, который помещен между двумя электромагнитами, которые удерживают его в крайних положениях: закрытом или полностью открытом. Специальный датчик выдает блоку управления информацию о текущем положении клапана. Это необходимо для того, чтобы снизить до минимальной его скорость в момент посадки в седло.
Принцип работы системы показан на рис. 4.68. Как видно из схемы работы этой системы, в системе управления клапанами полностью отсутствует кулачковый вал со своим приводом, который заменен электромагнитами на каждый клапан.
Якорь электромагнита образует комбинацию с двумя пружинами для открытия и закрытия клапана. Когда к электромагнитам не подводится электрический ток, пружины клапана и электромагнита держат клапан в среднем положении, соответствующем половине хода клапана, при этом он полуоткрыт, что позволяет легко прокручивать коленчатый вал двигателя в начальной стадии пуска. При достижении необходимой частоты вращения от блока управления поступает сигнал и в верхний электромагнит открытия подается электрический ток, клапан закрывается. Одновременно осуществляется впрыск топлива.
При открывании клапана прерывается подача напряжения в верхний электромагнит (рис. 4.69).
Энергия, накопленная в верхней пружине, движет клапан вниз до тех пор, пока накопленная энергия полностью не израсходуется. Для возможности дальнейшего перемещения клапана вниз напряжение подается в нижний электромагнит и якорь, втягиваясь под действием магнитного поля, открывает клапан. При этом, учитывая потери энергии пружины в конце ее движения, в нижний электромагнит кратковременно подается ток повышенной силы, до тех пор, пока клапан полностью не откроется.
Информация для блока управления поступает от датчика, расположенного на коленчатом валу и фиксирующего его угловое положение. Для каждого клапана компьютер определяет начало его открытия и закрытия, а значит и ход, в зависимости от положения коленчатого вала. Ход клапана может изменяться от нулевой величины до максимальной в зависимости от режима работы двигателя.
Система EVA разработана так, чтобы почти вся энергия, необходимая для перемещения клапана, находилась в пружинах. Единственным требованием, предъявляемым к электрической системе, является компенсация энергии демпфирования пружин и потерь на трение в направляющей клапана. Величина этого трения низкая, так как нет боковых сил, действующих на клапан. Электроэнергия необходима лишь только для того, чтобы использовать ее в непосредственной близости от той точки, где полностью израсходована накопленная энергия пружины. Здесь к.п.д. электромагнита должен быть наибольший, поэтому зазор между якорем и электромагнитом устанавливают минимальный.
Привод EVA осуществляет движение клапана за 2,42 мс и потребляет при этом 66 Вт на каждый клапан при частоте вращения 6000 мин-1.
Открытие и закрытие клапана производится в пределах долей градуса поворота коленчатого вала. Такая точность нужна при отсутствии дросселирования воздушного заряда на впуске.
Фирма Renault предлагает несколько другую систему, в которой клапаны перемещаются между двумя пружинами, с соленоидами (рис. 4.70), которые обеспечивают необходимое время открытия клапанов, но потребляют столько электричества, сколько требуется для преодоления собственных механических потерь. В предлагаемой системе нет распределительного вала и его привода. Электрическая энергия экономится за счет того, что при работе системы электрическая энергия расходуется только в момент открытия клапана, а закрывается клапан пружиной. Управление системой осуществляется электронной системой управления. Мощность, необходимая для работы этой системы на холостом ходу и при малых нагрузках, составляет всего 300 Вт.
С помощью такой системы можно не только четко управлять временем открытия каждого клапана, но и обеспечивать получение максимальной мощности или максимального крутящего момента (или очень малой и экономичной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу). Система электромагнитного привода клапанов имеет и другие преимущества. Например, можно полностью отключать часть цилиндров или переводить их на малую нагрузку, так что остальные будут работать более эффективно. Однако главное преимущество этой системы заключается в том, что время и степень открытия клапанов в любой момент времени могут быть оптимальными для работы двигателя, в зависимости от условий движения. Кроме этого, конструкция самого двигателя упрощается, потому что отсутствует обычный привод газораспределительного механизма: цепи, зубчатые ремни, механизм натяжения, шестерни и распределительные валы. При этом значительно упрощается конструкция головки блока цилиндров и исчезает потребность в подаче к ней смазочного масла, в связи с отсутствием дросселирования воздушного заряда во впускном коллекторе упрощается и его конструкция. В целом это приводит и к уменьшению размеров двигателя. В головке блока цилиндров исчезают обрабатываемые многочисленные гнезда и установочные поверхности. Все это сокращает ее массу на 30 %.
Единственной и главной проблемой применения электромагнитного привода является обеспечение исполнительных устройств достаточной энергией и их большие размеры. По сравнению с обычным приводом клапанов мощность генератора при электромеханическом приводе клапанов должна быть повышена на 80%. Соленоиды должны открывать клапаны с той же скоростью, что и кулачки распределительного вала, а в этом случае они получаются большие и тяжелые. В действительности они будут такими, если их питать от 12-вольтовой электрической системы. Однако, в настоящее время производители легковых автомобилей должны перейти на напряжение бортовой сети 36 В, с генератором, обеспечивающим напряжение 42 вольта (современные генераторы выдают 14 вольт, снабжая систему напряжением 12 вольт). При увеличении напряжения в три раза электрический ток, необходимый для питания устройств управления клапанами, становится намного меньше, и размер соленоидов значительно уменьшается таким образом, что устройство может занимать место не больше, чем обычный механизм с двумя распределительными валами в головке и клапанными пружинами.
Гидравлический привод клапанов. Применение электромагнитного привода клапанов требует больших затрат электроэнергии на их открытие, поэтому немецкие производители двигателей предлагают открывать клапана с помощью гидравлики, а управлять гидравликой с помощью электроэнергии. В отличие от других типов открытия клапанов применение электрогидравлического привода клапанов позволяет отказаться не только от распределительного вала и дроссельной заслонки, но и от клапанных пружин. При применение этого типа клапанов, наряду с простым открытием-закрытием клапанов и ходом клапана можно изменять фазы газораспределения и их работу независимо для каждого цилиндра, снижая тем самым расход топлива и выброс токсичных веществ в отработавших газах и повысить мощность двигателя.
Общая схема электрогидравлического привода клапанов показана на рис. 4.71.
Каждый блок электрогидравлического подъема клапана содержит на каждый клапан механизма газораспределения:
— электромагнитный клапан 10 на линии высокого давления обесточенный в закрытом положении;
— электромагнитный клапан 7 на линии низкого давления обесточенный в открытом положении;
— регулятор подъема клапана 6;
— двухступенчатый регулируемый привод поршня 12 для открытия клапана;
— гидравлический компенсатор линейного расширения.
Принцип действия системы заключается в следующем. Насос высокого давления создает давление масла в системе до 200 кгс/см2. Электромагнитный редукционный клапан 3 регулирует давление в линии высокого давления в пределах 50…200 кгс/см2 по сигналу блока управления, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки, температуры и т. д. Этот клапан регулирует переменный ход высоты подъема клапана одновременно для всех клапанов сразу. Если на электромагнитный клапан 10 подается напряжение, он открывается и масло из линии высокого давления поступает в цилиндр сверху поршня. Электромагнитный клапан на линии низкого давления 7 в это время закрыт, так как на него не подается напряжение. Поршень, воздействуя на клапан механизма газораспределения перемещает его вниз, таким образом клапан открывается. В зависимости от режима работы двигателя срабатывает регулятор подъема клапана 6, изменяя скорость посадки всех клапанов одновременно. Изменение фаз газораспределения клапанов происходит при изменении времени подачи напряжения на электромагнитный клапан на линии высокого давления 10.
При обесточивании электромагнитного клапана 10 и масло из линии высокого давления поступает в цилиндр снизу поршня. Поршень, воздействуя на клапан механизма газораспределения перемещает его вверх, таким образом клапан закрывается. Масло из пространства над поршнем подается в линию низкого давления и затем снова подается к насосу.
Для того чтобы увеличить силу открытия клапана и одновременно снизить потребление энергии при большом ходе открытия клапана, применяются поршни, состоящие из двух частей. При среднем давлении около 100 кгс/см2 и относительно малом времени срабатывания полный ход клапана составляет 1 мм, а скорость посадки колеблется от 0.05 до 0,5 м/с.
Электрогидравлический привод клапанов связан с системой циркуляции масла двигателя. Общими с системой смазки двигателя являются поддон картера двигателя, масляный насос для подачи масла в систему смазки двигателя и к насосу высокого давления привода клапанов, фильтр очистки масла и магистраль слива масла из головки блока. К используемому маслу, единому для общей системы смазки и привода клапанов предъявляются высокие требования по качеству при длительной эксплуатации и вязкостным характеристикам. Поэтому в систему смазки должно заливаться масло типа 0W40. Для отслеживания вязкости при эксплуатации двигателя предусмотрен специальный датчик, посылающий сигнал о потере вязкости.
Блоки электрогидравлического подъема клапана могут устанавливаться и монтироваться независимо друг от друга. Выполненная с большой точностью плоская поверхность блока позволяет обеспечивать необходимую гидравлическую плотность соединения блока с корпусом двигателя.
Более простое решение гидравлического привода клапанов предлагает фирма Фиат (рис. 4.72). Впускной клапан здесь открывается с помощью распределительного вала и гидравлического передающего механизма.
При вращении распределительного вала 3, кулачок набегает на плунжерный толкатель 4, создавая давление масла в цилиндре толкателя, которое затем передается на поршень 2, воздействующий на впускной клапан. Давление в цилиндре толкателя может меняться в зависимости от степени открытия электромагнитного клапана 6, управляющего золотником. Этим регулируется ход клапана и изменение режима работы двигателя может осуществляться без дроссельной заслонки.
Масло через сообщающийся канал может передаваться в небольшой масляный резервуар 7.
Применение системы изменения высоты подъема клапана для использования цикла Миллера. Цикл Рудольфа Миллера, запатентованный в 1947 году, в настоящее время применяется в двигателях некоторых азиатских автопроизводителей и в автомобилях Audi с системой изменения высоты подъема клапана valvelift system (AVS).
В двигателе, работающем по циклу Миллера, применяется специальная система управления клапанным механизмом. Она служит для того, чтобы раньше закрывать впускные клапаны по сравнению с обычным бензиновым двигателем. Это позволяет достичь уменьшения количества впускаемого воздуха, постоянное давление сжатия, уменьшение степени сжатия, увеличение степени расширения. Уменьшение степени сжатия приводит к снижению содержания оксидов азота в отработавших газах. За счёт увеличения степени расширения, управление мощностью можно осуществлять без дросселирования и тем самым значительно повысить коэффициент полезного действия.
Недостатками двигателей, работающих про циклу Миллера являются: меньший крутящий момент при низкой частоте вращения, снижение коэффициента полезного действия из-за уменьшения эффективной степени сжатия. Эти недостатки компенсируются за счёт наддува и охлаждения наддувочного воздуха.
Для использования цикла Миллера в двигателях Audi система AVS переключается на кулачок, который, во-первых, приводит к другому времени открытия клапанов (раннее закрывание впускных клапанов) и, во-вторых, уменьшает ход открытия впускных клапанов.
На кулачковых сегментах для каждого клапана имеется по два профиля кулачка (рис. 4.73). Фазы газораспределения, управляемые кулачками, рассчитаны на достижение необходимых характеристик двигателя. Регулируемыми параметрами являются продолжительность и момент открытия клапана, а также ход клапана (проходное сечение).
В случае малых профилей кулачков продолжительность открытия составляет140° угла поворота коленчатого вала. При полном ходе клапана, реализуемом большими профилями кулачков, продолжительность открытия достигает 170° угла поворота коленчатого вала.
Рассмотрим сравнение рабочего цикла обычного цикла Отто и цикла Миллера, применяемого в двигателях Audi со смешанной системой впрыска (распределенный MPI, во впускной трубопровод и непосредственный FSI в цилиндры) (рис. 4.74).
Такт впуска. Поршень перемещается из ВМТ в НМТ.
При цикле Миллера впускной клапан закрывается значительно раньше момента достижения поршнем НМТ. После закрытия впускного клапана давление в цилиндре начинает уменьшаться, поскольку поршень продолжает двигаться вниз.
При цикле Отто впускной клапан открывается еще при такте выпуска и закрывается в начале такта сжатия.
Такт сжатия. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ. При угле поворота коленчатого вала 70° перед ВМТ давление в цилиндре уравнивается с давлением во впускном тракте. Благодаря более высокой геометрической степени сжатия, давление при новом рабочем процессе возрастает быстрее. Однако в ВМТ давление для обоих циклов примерно одинаково и составляет 12 бар.
В целом, средний уровень давления в цикле Миллера выше, поэтому двигатель при использовании этого цикла имеет больший коэффициент полезного действия.
Начало рабочего хода. Поршень перемещается из ВМТ в НМТ. Во время расширения при цикле Миллера из-за меньшего объёма камеры сгорания величина давления выше.
Такт выпуска. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ. На этом такте цикл Миллера из-за различных массовых характеристик смеси и других тепловых переходов обеспечивает незначительное преимущество по КПД.
Система отключения цилиндров. Современные бензиновые двигатели, как правило, большую часть времени работают в режимах малых нагрузок. Работа в таких режимах сопряжена с большими потерями дросселирования на малых открытиях дроссельной заслонке. Это приводит к низкой эффективности работы двигателя и высокому удельному расходу топлива. Двухцилиндровый двигатель, работающий с полностью открытой дроссельной заслонкой в режиме высоких нагрузок, имеет меньший удельный расход топлива, чем четырехцилиндровый двигатель, работающий с прикрытой дроссельной заслонкой, что является главной причиной применения системы отключения цилиндров
Одной из главных сложностей при разработке системы отключения цилиндров было обеспечение условия чтобы клапаны отключённых цилиндров оставались закрытыми. В противном случае в выпускную систему попадало бы слишком много воздуха и двигатель бы слишком сильно охлаждался.
При отключении двух цилиндров из четырёх частота рабочих тактов уменьшается вдвое, что снижает равномерность работы четырехцилиндрового двигателя. Кроме того, отключение цилиндров и их последующее включение не должно было сопровождаться толчками, вследствие изменения крутящего момента.
В качестве примера рассмотрим систему отключение цилиндров на основе разработанной Audi системы изменения хода клапанов (рис. 4.75). При этом, в соответствии с порядком работы цилиндров, отключаются всегда цилиндры 2 и 3. Клапаны отключённых цилиндров остаются закрытыми. Впрыск топлива и зажигание выключаются на всё время отключения цилиндров.
Для каждого отключаемого цилиндра в клапанной крышке установлены два исполнительных механизма: один для перемещения блока кулачков впускных клапанов и один для перемещения блока кулачков выпускных клапанов. В отличие от вышеописанной системы изменения высоты подъема клапана Audi, в которых на каждый блок кулачков было по два исполнительных механизма — по одному для перемещения в каждом направлении, в системе отключения цилиндров исполнительные механизмы каждой такой пары объединены в один (рис. 4.76). Устройство объединённых исполнительных механизмов в целом аналогично устройству отдельных механизмов системы изменения высоты подъема клапана.
При включении исполнительного механизма перемещения кулачков его металлический штифт опускается и входит в спиральную канавку сдвижного блока кулачков (рис. 4.76, а). В результате при дальнейшем вращении вместе с распределительным валом блок кулачков смещается по шлицам распределительного вала и фиксируется в новом положении. Над роликовым коромыслом вращается теперь «нулевой» кулачок. Так как нулевой кулачок имеет круглый профиль без подъёма, клапаны всех отключённых цилиндров остаются закрытыми.
По завершении перемещения блока кулачков металлический стержень исполнительного механизма отжимается профилем дна канавки вверх, в своё исходное положение, в котором удерживается силой притяжения постоянного магнита до следующего использования. Принудительный ввод металлического стержня в электромагнитную катушку создаёт в ней импульс напряжения. Для блока управления двигателя этот импульс является сигналом обратной связи, подтверждающим успешное завершение переключения.
Чтобы избежать скачка крутящего момента во время переключения, снижается давление во впускном коллекторе. По мере роста наполнения цилиндров момент зажигания смещается соответственно наполнению в сторону «позже», чтобы сохранить крутящий момент двигателя неизменным. По достижении заданного значения наполнения отключаются сначала выпускные и затем впускные клапаны цилиндров 2 и 3. После последнего такта впуска впрыск топлива больше не выполняется, в результате чего в камере сгорания оказывается заперт чистый воздух. Запирание в камере сгорания чистого воздуха ведёт к меньшим значениям компрессии в следующем такте сжатия, вследствие чего переключение происходит менее заметно. Эффективность работы обоих остающихся активными цилиндров 1 и 4 повышается, поскольку они работают теперь в режиме больших нагрузок. Работа с большим открытием дроссельной заслонки ведёт к уменьшению потерь на дросселирование, улучшает протекание процессов сгорания.
Включение цилиндров 2 и 3 происходит в том же порядке, что и их отключение. Сначала включаются выпускные и только после этого — впускные клапаны, в результате чего запертый в камере сгорания воздух вытесняется в выпускной тракт.
Отключение цилиндров происходит в зоне характеристики, часто используемой в среднестатистическом повседневном вождении. В качестве нижней границы выбрано значение 1250 об/мин, отключение цилиндров при более низкой частоте вращения коленчатого вала приводит к слишком неравномерной работе двигателя. Верхняя граница установлена на 4000 об/мин для ограничения усилий, возникающих на стержнях исполнительных механизмов при переключении. На третьей передаче зона отключения цилиндров начинается с 30 км/ч, на пятой и шестой передачах завершается на 130 км/ч.
Чтобы полностью использовать все возможности экономии топлива, предоставляемые системой отключения цилиндров, отключение происходит не только в режимах частичной нагрузки, но и в режиме принудительного холостого хода. В этом случае уменьшение тормозного момента двигателя приводит к заметному увеличению продолжительности принудительного холостого хода, во время которого топливо не впрыскивается в цилиндры.
При нажатии водителем педали тормоза режим отключения цилиндров сразу же прерывается, чтобы все четыре цилиндра могли участвовать в создании тормозного момента. Отключение цилиндров не происходит также при скатывании под уклон.
Фирмой Daimler-Chrysler для отключения цилиндров применяется система с запирающим плунжером, состоящим из двух частей для отключения цилиндров серийных 8-ми и 12-ти цилиндровых двигателей. Элемент этой системы без распределительного вала представлен на (рис. 4.77).
Рис. 4.77. Устройство выключения цилиндров:1 – гидротолкатель; 2 – запирающий плунжер; 3 – основное коромысло; 4 – ролик; 5 – дополнительное коромысло; 6 – пружинный элемент
По сигналу электронного блока управления запирающий плунжер 2, может соединять или разъединять дополнительное коромысло 5 с основным 3. Если дополнительное коромысло будет соединено с основным, тогда распределительный вал, набегая на ролик 4, воздействует через запирающий плунжер на основное коромысло, и клапан будет открываться. В случае рассоединения запирающим плунжером обоих коромысел распределительный вал не может воздействовать на основное коромысло, и клапан открываться не будет, таким образом, цилиндр выключается из работы.