Авг
04
2023

Что такое фазорегулятор: Фазорегулятор | это… Что такое Фазорегулятор?

Posted by

Содержание

Почему трещит и отказывает фазорегулятор

  • Главная
  • Статьи
  • А может, это датчик: почему трещит и отказывает фазорегулятор

Автор: Михаил Баландин

Сейчас уже трудно представить машину без системы изменения фаз газораспределения. И это правильно: эта система делает мотор более экономичным, отчасти – тихим и в некоторых режимах даже более резвым. Есть у системы изменения фаз только один недостаток: иногда в ней что-то ломается и начинает трещать, особенно сразу после пуска холодного мотора. Что там может трещать? Как правило, сам фазорегулятор, он же фазовращатель. А почему он это делает – это другой вопрос. Не всегда в треске виноват непосредственно фазовращатель, и найти истинную причину его треска иногда будет не только приятно, но и полезно для сохранения своего бюджета.

Но для этого надо хотя бы в общих чертах понять, как эта система работает.

В поисках компромисса


Для чего нужна система изменения фаз в принципе? Для того, чтобы мотор работал всегда в оптимальном режиме. К сожалению, обычный распредвал с кулачками работает всегда очень усреднённо. Что на высоких, что на низких оборотах момент открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов одинаковый, а это не очень хорошо. Суть дела в том, что есть такое понятие – перекрытие клапанов, в которое, кстати, некоторые люди не верят – мол, не может работать мотор, если у него в какой-то период времени открыты оба клапана, и впускной, и выпускной. Те же люди обычно не верят и в то, что пыль разрушенного катализатора не может попасть во впуск (потому что перекрытие клапанов в четырёхтактном моторе невозможно). Впрочем, перекрытию клапанов не важно, верит в него кто-то или нет. Оно просто существует. Выглядит это следующим образом.

На высоких и средних оборотах коленвала нужно очень быстро выводить отработавшие газы и успевать наполнить цилиндр топливовоздушной смесью. Для этого есть короткий период, когда выпускной клапан ещё открыт, но в то же время начинает открываться и впускной. В этот момент из-за разрежения в цилиндре, создаваемого инерцией потока отработавших газов, топливовоздушная смесь засасывается в цилиндр активнее, чем при полностью закрытом выпускном клапане. А это, само собой, приводит к более эффективной продувке цилиндра, к качественному наполнению и повышению КПД мотора. 

Вроде бы польза от перекрытия налицо. Но не всё так просто: на минимальных оборотах коленвала эта схема работать не будет. В этом случае из-за пониженного давления на впуске будет происходить смешивание топливовоздушной смеси и отработавших газов, мотор будет работать неравномерно, а то и вовсе не сможет работать. Поэтому на холостых оборотах перекрытие клапанов принесёт только вред.

В идеале мотор должен уметь менять фазы – от узких фаз на холостых оборотах (без перекрытия клапанов) до широких – на высоких оборотах (для более быстрой продувки и наполняемости цилиндра топливовоздушной смесью). Раньше моторы менять фазы не умели, и КПД от этого страдал. Конечно, с этим пытались бороться, и кое-кто даже вспомнит, что для старых вазовских моторов предлагали довольно необычное решение – разрезные шестерни распредвалов. Это был такой своеобразный прообраз фазорегулятора: венец такой шестерни мог немного вращаться относительно центральной части, которая крепилась на распредвале неподвижно. Само собой, ни о какой автоматической регулировке фаз речь не шла, но можно было поставить эти шестерни и попытаться подобрать оптимальный угол фаз, а затем намертво затянуть болты, фиксирующие обе части шестерни относительно друг друга, и наслаждаться ездой. Конечно, всё это – полумера, которая не позволяла менять фазы в зависимости от частоты вращения коленвала, а лишь немного эти фазы настроить. Всё изменилось, когда в моторах появились полноценные автоматические системы изменения фаз.

Таких систем много, и многие производители называют систему по-своему: у Volkswagen эта система называется VVT, у Toyota – VVT-i, у Kia и Hyundai – CVVT и так далее. В деталях они имеют отличия, но в целом работают приблизительно одинаково, хотя некоторые производители со своими системами заходили куда-то очень далеко (например, Fiat со своим MultiAir, который валом, приводимым от выпуска, толкал впускные клапаны через отдельную довольно странную электрогидравлическую систему). Есть ещё и механизмы изменения подъема клапанов, которые тоже влияют на фазы, и ступенчатое изменение фаз газораспределения, которое особенно любят японцы, и некоторые другие решения, которые требуют отдельных рассказов. Но сегодня мы остановимся на самом массовом и простом подходе – на повороте распределительного вала гидроуправляемой муфтой системы фазорегулирования (то есть, с тем самым классическим «фазиком»). Итак, как это работает?

Система VVT-i Toyota

Чуть вперёд и чуть назад


Работает, в общем-то, не очень сложно. Вместо простой цельной звезды на распредвале стоит гидроуправляемая муфта (если она одна, то на впускном распредвале, если две – то на обоих). Центральная её часть (он же – ротор) крепится к распредвалу, внешняя (корпус) приводится в действие ремнём или цепью ГРМ, как и обычная звезда. Ротор может немного поворачиваться в корпусе муфты, а значит, изменять фазы. В случае с гидроуправляемой муфтой поворот ротора осуществляется с помощью моторного масла, которое при необходимости подаётся в «фазик» через распределитель. В целом – всё, но остаётся один вопрос: откуда муфта знает, что распредвал нужно немного повернуть?

Знает она это по подсказке ЭБУ. Блок управления анализирует сигналы от множества датчиков: оборотов коленвала, распредвалов, температуры антифриза, количества и температуры воздуха (набор датчиков может немного отличаться). В зависимости от оборотов коленвала и нагрузки ЭБУ командует клапану (или распределителю) открыть или закрыть проход масла в муфту. Вроде всё просто, но есть некоторая сложность: работа фазовращателя зависит от очень многих факторов, отчего причину ошибки устройства иногда приходится искать очень долго. А иногда вообще не сразу можно понять, что фазовращатель не работает совсем.

Нет, конечно, многое в работе мотора меняется. Но некоторые симптомы типичны для очень многих неисправностей, которые с фазовращателем никак не связаны.

Наиболее яркий признак отказа «фазика» – его специфический треск, особенно после пуска холодного мотора. Этот треск трудно спутать с чем-то другим, а источник звука довольно легко найти, так что ошибиться практически невозможно. Другое дело, что причину отказа надо будет ещё поискать, но об этом ниже.

Второй признак помимо треска – это нестабильная работа на холостом ходу. А ещё – снижение тяги на оборотах и рост расхода топлива. Вот тут сложнее: в этих бедах могут быть виноваты десятки неисправностей, не связанных с «фазиком». Чуть более точно на него укажут ошибки, связанные с синхронизацией фаз. Впрочем, ошибки могут быть разными, и не всегда сразу подозрение падает на фазовращатель. На некоторых автомобилях есть коды ошибок, которые указывают непосредственно на него, но часто будет общая ошибка рассинхронизации, причина которой может быть и в растянутой цепи, и в перескочившем ремне ГРМ. Однако и в этих случаях не надо забывать про фазорегулятор.

Что делать?

Если мы говорим про обычный гидроуправляемый фазовращатель, то в первую очередь проверять надо не саму муфту, а клапан-распределитель. Неисправность у электромагнитного клапана чаще всего одна: он клинит в одном из положений. Грубая проверка клапана довольно проста: можно на холодном моторе отключить разъём на клапан и подать на него напряжение напрямую от аккумулятора. Если мотор станет работать неустойчиво (или просто хуже), значит, клапан работает. Но так как он способен клинить, лучше будет его снять и убедиться, что шток не залипает ни в одном положении. Для более точной проверки нужно ещё измерить ход штока и сопротивление обмотки, но будем считать, что для нас это уже слишком сложно. Поэтому для начала просто убедимся, что клапан работает.

Если с ним всё в порядке, то есть смысл проверить проводку до клапана. Если и с ней всё хорошо, то есть два варианта развития событий.

Первый – это износ самой муфты. Неприятность достаточно дорогая, но не слишком частая. Тут вариантов проблемы несколько: могут износиться лопатки ротора, может – сам корпус. Муфта может люфтить или поворачивать на недопустимые углы, смещая фазы слишком сильно (или недостаточно сильно). Но выход в любом случае один – ставить новый «фазик».

Второй вариант связан с тем, что клапан по какой-то причине не получает команду от ЭБУ на изменение фаз. Вот тут диагностика может только начинаться. Фазорегулятор может перестать работать из-за отсутствия сигналов датчика положения коленвала, распредвалов, расхода или температуры воздуха. В общем-то, из-за любого датчика. При этом трещать он тоже не будет: нет сигнала – нет треска. Однако если подключить сканер, есть вероятность увидеть и ошибку рассинхронизации фаз, которая может натолкнуть на мысль о фазовращателе. Само собой, ремонтировать его в этом случае не надо, а надо искать причину, по которой ЭБУ решил управлять мотором в аварийном режиме.

С ним и без него

Можно ли ездить с неработающим фазовращателем? Можно. Бывает, его специально глушат, если надоедает менять его слишком часто или просто нет денег на замену прямо сейчас. Почти всегда мотор работать будет. Не всегда хорошо, не в полную силу, но будет. Но лучше, конечно, так не делать.

А вот чтобы подольше не встречаться с неисправностями фазорегулятора, достаточно лишь вовремя менять масло. И непосредственно муфта, и особенно клапан очень требовательны к чистоте масла. Поэтому рецепт сохранения здоровья «фазика» прост: требуется своевременная замена масла, и регламентные 15 тысяч пробега по городским пробкам – это, к сожалению, слишком редко. 

И, конечно же, требуется нормальное давление в системе смазки. Если давление будет недостаточным, фазовращатель работать не сможет – он берёт масло от того же насоса из общей системы смазки. Правда, если давление слишком низкое, то и весь мотор долго не протянет. Но это уже другая история.

практика

 

Новые статьи

Статьи / Обзор Два мотора, две коробки и пять комплектаций: первое знакомство с BAIC X35 Число новых китайских брендов, приходящих в Россию в последний год, таково, что может показаться, что пришли уже все. Но на самом деле это не так, и даже не все крупнейшие имена отметились в… 370 1 2 05.05.2023

Статьи / Бизнес Можно ли заработать на собственном эвакуаторе и насколько это выгодно Отношение к эвакуаторщикам у автолюбителей разное. Многие, чего греха таить, считают, что они существуют только для того, чтобы на пару с инспектором ГИБДД отвозить на штрафстоянку автомобил… 235 0 0 04.05.2023

Статьи / Бизнес Чтобы взвесить грузовик: как правильно выбрать автомобильные весы Весовое оборудование является неотъемлемой частью любой промышленности. Благодаря такому оборудованию можно, например, точно вести учет поступлений или отгрузку товаров или сырья, что позвол… 140 0 0 04.05.2023

Популярные тест-драйвы

Тест-драйвы / Тест-драйв 30 лет рабства: тест-драйв ГАЗ-53 Точнее было бы написать «тест-драйв ГАЗ-САЗ-3507 на шасси ГАЗ-53-14», но это слишком сложно. А вот просто ГАЗ-53 узнает каждый, кто успел выпить стакан  газировки за одну копейку (с сиропом… 10356 9 878 09.12.2022

Тест-драйвы / Тест-драйв Тест-драйв Geely Monjaro: лучше, чем Volvo? В Китае этот полноразмерный кроссовер дебютировал еще два года назад под неблагозвучным для нашего уха именем Xingyue L и заводским индексом KX11.

В России машину сертифицировали в 2022, и в… 10037 8 9 07.04.2023

Тест-драйвы / Тест-драйв Пятаки на снегу: первый тест-драйв Москвич 3 Про автомобили с эмблемой московского завода «Москвич» сейчас говорят много и не всегда – хорошо. Что уж там, всем ведь понятно, что в этом «россиянине с раскосыми и жадными глазами» из росс… 6901 17 2 23.12.2022

Что такое фазовращатель в двигателе автомобиля: устройство и принцип работы

Фазовращатель – это элемент газораспределительного механизма двигателя. Фактически, под понятием фазовращателя следует понимать специальную муфту, которая установлена на распределительном валу ГРМ. Основная задача – изменение фаз газораспределения для достижения максимально эффективной работы двигателя на разных режимах и оборотах. Фазы изменяются за счет того, что муфта немного проворачивает распределительный вал.

На разных моторах система может иметь как одну муфту, установленную на впускном или выпускном валу, так и две. Во втором случае фазовращатели стоят как на впускном, так и на выпускном валу.

При этом сегодня под понятие фазовращателя нередко подпадают и другие решения, которые представляют собой систему изменения фаз газораспределения. Дело в том, что разные автопроизводители реализовали задачу изменения фаз газораспределения как за счет установки муфт на распредвалы, так и при помощи других конструктивных решений. Подробнее читайте в нашей статье.

Содержание статьи

  • Зачем нужно изменять фазы газораспределения
  • Устройство и принцип работы фазовращателя
  • Надежность фазорегуляторов ГРМ
  • Что в итоге

Зачем нужно изменять фазы газораспределения

Газообмен напрямую влияет на производительность двигателя и целый ряд важных показателей во время его работы. Фаза газораспределения — это период от того момента, когда клапан открыт, до момента, когда клапан закрыт. Еще фазы могут называться окнами. Выражается фаза в градусах поворота коленвала.

Фактически, газообмен в двигателе означает наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью и последующее удаление отработавших газов из цилиндра. Регулирует данные процессы ГРМ. Не вдаваясь в подробности, долгое время на моторах использовался самый простой тип ГРМ – один распредвал и два клапана на цилиндр (впускной и выпускной).   

Далее, в процессе эволюции двигателей внутреннего сгорания, механизм газораспределения получил больше клапанов на цилиндр, а также отдельные распределительные валы для впускных и выпускных клапанов. Позже на моторах также появились фазовращатели (фазорегулятор). Необходимость их установки возникла по причине того, что на разных режимах работы двигателя газообмен протекает по-разному.

Если двигатель работает на холостом ходу, частота вращения коленчатого вала не высокая, количество поступающей в цилиндры смеси минимально, отработавших газов также не много. В таком режиме фазы газораспределения оптимально сужать, перекрытие клапанов (одновременное открытие впускного и выпускного клапана) также должно быть минимальным. Это позволяет как минимизировать частичное попадание поступившей смеси в выпуск, так и отработавших газов во впуск.    

С ростом оборотов в цилиндры поступает больше смеси, увеличивается объем отработавших газов. Чтобы эффективнее наполнять, а также вентилировать цилиндры, нужные более широкие фазы газораспределения. С учетом того, что распределительный вал имеет «кулачки», которые толкают клапан на открытие при  вращении распредвала, каким-либо образом эффективно изменять фазы с учетом разных режимов работы мотора при такой конструкции не получится. 

По этой причине на моторах без возможности динамично изменять фазы газораспределения, кулачки распредвала изготавливаются таким образом, чтобы  добиться средних показателей в плане мощности и экономичности двигателя на разных оборотах (низкие, средние, высокие).

Если же сдвинуть валы и сделать кулачки так, чтобы ГРМ изначально был настроен под узкие фазы (так называемые «низовые» валы), двигатель будет хорошо работать на низких и начально-средних оборотах, однако не выйдет на полную мощность при увеличении частоты вращения коленвала. В  свою очередь, расширение фаз («верховые» валы) заметно снизит эффективность работы мотора на низких и средних оборотах, при этом только после выхода на высокие обороты отдача от двигателя будет оптимальной.

Установка фазовращателей позволила реализовать возможность гибкой регулировки фаз газораспределения  с учетом всего диапазона оборотов. В свою очередь, такая система дала возможность значительно  улучшить эффективность работы мотора как на низких и средних оборотах, так и на высоких. Двигатель с такой системой стал более экономичным и одновременно более «приемистым» и производительным. 

Устройство и принцип работы фазовращателя

Распредвал с фазовращателем означает, что на конце такого распределительного вала дополнительно устанавливаются муфты с гидравлическим или электронным управлением. Получается, распредвал приводится от ремня или цепи ГРМ не напрямую, а через муфту фазовращателя.

Это позволяет немного сдвигать распределительный вал, что и приводит к изменению времени открытия или закрытия клапанов (фазы газораспределения). Фазовращатель может стоять как на обоих распредвалах (вал впускных и выпускных клапанов), так и на одном.  На современных моторах управляет работой фазовращателей ЭБУ, основываясь на показаниях целой группы датчиков (ДПКВ, датчик скорости, ДПДЗ и т.д.).

Фазовращатели  работают за счет гидравлики, то есть, подключены к системе смазки двигателя. Рабочей жидкостью является моторное масло. Такой тип фазорегулятора называется электрогидравлическим. Также есть решения, которые работают только за счет электрического привода.

  • Для простоты понимания, рассмотрим муфту фазорегулятора электрогидравлического типа. Внутри зубчатого шкива, установленного на распределительном валу, есть крыльчатка с лопатками и цилиндр с камерами.

Такая муфта установлена на ГБЦ, при этом в самой головке блока сделаны каналы для подачи масла в фазорегулятор. Подача масла на муфту фазовращателя регулируется за счет электрогидравлических распределителей в ГБЦ.

Когда электронный блок управления подает команду на электромагнитный клапан, масло под давлением поступает в фазорегулятор по центральному каналу в распределительном валу.  Далее масло давит на плунжер, после чего освобождается крыльчатка, фазорегулятор за счет давления масла поворачивается, тем самым изменяется положение распределительного вала.

После того, как напряжение на клапане пропадает, лопатки крыльчатки под действием вращения двигателя возвращаются в начальное положение, плунжер блокирует систему и распредвал возвращается в исходное положение. Таким образом, удается получить лучший крутящий момент на низких оборотах, а также максимальную мощность на высоких оборотах.

  1. В целом, в режиме холостого хода фазорегулятор обеспечивает более позднее открытие и закрытие клапанов, что минимизирует количество отработавших газов. В результате двигатель устойчиво работает на холостом ходу, расход топлива в режиме холостых оборотов сведен к минимуму.  
  2. На средних и высоких оборотах необходимо получить максимальную мощность, для чего вал проворачивается так, чтобы реализовать позднее открытие выпускных клапанов (сохраняется давление газов при рабочем ходе поршня). Впускные клапана открываются тогда, когда поршень находится в верхней мертвой точке, закрываются после достижения нижней мертвой точки. Результат — улучшенное наполнение цилиндров.

Если просто, для получения максимального крутящего момента,  нужно наиболее эффективное наполнение цилиндров (для этого требуется раньше открывать и позже закрывать впускные клапана), при этом важно удержать смесь в цилиндре, не допуская ее выхода в коллектор. Что касается выпускных клапанов, реализуется их закрытие уже до момента, когда поршень дойдет до верхней мертвой точки. Это необходимо для создания дополнительного давления в цилиндре.

Надежность фазорегуляторов ГРМ

Следует отметить, что гидравлические системы сильно зависят от качества и давления масла, а также чистоты самой системы смазки двигателя. Что касается электрических приводов, со временем может происходить износ сервомеханизмов. В любом случае, фазовращатели (при условии соблюдения всех рекомендаций) отличаются достаточно большим сроком службы.     

При этом важно понимать, что современные системы, кроме смещения самих фаз, также могут расширять или сужать такие фазы. Это значит, что в целом системы изменения фаз газораспределения стали намного сложнее, чем решения с одним или двумя фазорегуляторами на распределительных валах.  

При этом надежность таких систем может отличаться. Например, система VTEC (система дополнительного подъема клапана за счет совмещенных кулачков при высоких оборотах мотора) от Honda достаточно надежна. В сочетании с обычными фазовращателями такое решение позволяет  эффективно менять фазы и повысить мощность мотора на высоких оборотах. Кстати, подобную схему сегодня активно использует не только Honda, но и многие другие автопроизводители.

В свою очередь, ряд других автопроизводителей пошел еще дальше и внедрил системы типа Valvetronic или MultiAir. Так вот, на практике эти системы менее надежны, чем более простой аналог, впервые использованный производителем Honda.

Если коротко, вместо дополнительного кулачка на распредвале для впускных и выпускных клапанов, такая система и вовсе не имеет впускного распределительного вала. Получается, ГРМ здесь одновальный,  то есть один вал управляет работой как впускных, так и выпускных клапанов.

При этом работа с выпускными клапанами реализована классическим способом (через кулачки). С впускными клапанами распредвал взаимодействует через особую электрогидравлическую систему. На валу выполнены кулачки, которые при этом толкают не сами впускные клапана, а специальные поршни.

Рекомендуем также прочитать статью о том, почему образуется нагар на клапанах. Из этой статьи вы узнаете об основных причинах повышенного нагарообразования, а также на каких двигателях и почему нагар на клапанах образуется быстрее, а также как почистить клапана от нагара.

Далее через поршень усилие передается на электромагнитный клапан, который заставляет срабатывать гидравлические цилиндры. В свою очередь, эти цилиндры открывают и закрывают клапан в нужный момент, тем самым регулируя фазы.

Само собой, чем сложнее решение, тем зачастую ниже оказывается его надежность и ресурс. По этой причине самым надежным можно считать относительно простой ГРМ, который имеет только один фазовращатель на выпускном валу. Также  достаточно неплохо зарекомендовала себя конструкция от Honda, где фазорегуляторы на валах дополнены системой VTEC. То же самое можно сказать об аналогах от других производителей, использующих подобную схему.

Что касается других систем, надежность таких ГРМ с возможностью изменять фазы газораспределения сильно зависит от условий эксплуатации, качества обслуживания, а также общего состояния мотора, электрооборудования и т.д.

Что в итоге

Как видно, наличие фазовращателей позволяет сделать двигатель более мощным и экономичным независимо от режимов его работы. Фазорегулятор на отдельных двигателях позволяет увеличить мощность, в среднем, на 10-15%, также двигатель с возможностью  изменять фазы газораспределения хорошо тянет как на «низах», так и в режиме средних и высоких оборотов.

По этой причине практически каждый современный мотор имеет фазорегулятор, что позволяет получать хорошие динамические показатели, ровную и стабильную полку крутящего момента в широком диапазоне доступных оборотов.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, турбина или компрессор. Из этой статьи вы узнаете об основных отличиях, а также устройстве и принципах работы компрессорного двигателя автомобиля.

В сочетании с другими решениями (увеличение количества клапанов на цилиндр, прямой впрыск топлива, установка турбонаддува, повышение степени сжатия, использование коллекторов с изменяемой геометрией и т.д.) современный двигатель стал заметно производительнее и одновременно экономичнее по сравнению с аналогами, оснащенными простым распределенным впрыском, а также ГРМ без возможности регулировки фаз газораспределения.

A Третье поколение двухфазного импульсного регулятора-регулятора

к Стив Хобрехт