Отдел продаж
8 (499) 755-89-57
Лодки, запчасти
8 (499) 755-89-57

Что такое фазовращатель


Фазовращатель в ДВС. Что это такое и основной принцип работы. Разберем VVT, VVT-i, CVVT, VTC, VANOS, VTEC и прочие

Эффективность двигателя внутреннего сгорания зачастую зависит от процесса газообмена, то есть наполнения воздушно-топливной смеси и отвода уже отработанных газов. Как мы уже с вами знаем, этим занимается ГРМ (газораспределительный механизм), если правильно и «тонко» настроить его под определенные обороты, можно добиться очень не плохих результатов в КПД. Инженеры давно бьются над этой проблемой, решать ее можно различными способами, например воздействием на сами клапана или же поворотом распределительных валов …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Чтобы клапана ДВС работали всегда правильно и не были подвержены износу, вначале появились просто «толкатели», затем гидрокомпенсаторы, но этого оказалось мало, поэтому производители начали внедрение так называемых «фазовращателей» на распределительные валы.

Зачем вообще нужны фазовращатели?

Чтобы это понять что такое фазовращатели и зачем они нужны, прочтите для начала полезную информацию. Все дело в том, что двигатель работает не одинаково на различных оборотах. Для холостых и не высоких оборотов идеальными будут «узкие фазы», а для высоких – «широкие».

Узкие фазы – если коленчатый вал вращается «медленно» (холостой ход), то объем и скорость отвода отработанных газов также невелики. Именно здесь идеально применять «узкие» фазы, а также минимальное «перекрытие» (время одновременного открытия впускных и выпускных клапанов) – новая смесь не проталкивается в выпускной коллектор, через открытый выпускной клапан, но и соответственно отработанные газы (почти) не проходят во впускной. Это идеальное сочетание. Если же сделать «фазирование» — шире, именно при невысоких вращениях коленчатого вала, то «отработка» может смешаться с поступающими новыми газами, снизив тем самым ее качественные показатели, что однозначно снизит мощность (мотор станет неустойчиво работать или даже заглохнет).

Широкие фазы – когда обороты растут, соответственно растет и объем и скорость перекачиваемых газов. Здесь уже важно быстрее продувать цилиндры (от отработки) и быстрее загонять в них поступающую смесь, фазы должны быть «широкими».

Конечно же руководит открытиями обычный распределительный вал, а именно его «кулачки» (своеобразные эксцентрики), у него есть два конца – один как бы острый, он выделяется, другой просто сделан полукругом. Если конец острый — то происходит максимальное открытие, если округлый (с другой стороны) – максимальное закрытие.

НО у штатных распределительных валов – НЕТ регулировки фаз, то есть они их не могут расширить или сделать уже, все же инженеры задают усредненные показатели – что-то среднее между мощностью и экономичностью. Если завалить валы в одну из сторон, то эффективность, либо экономичность двигателя упадет. «Узкие» фазы, не дадут ДВС развивать максимальную мощность, а вот «широкие» — не буде нормально работать на малых оборотах.

Вот бы регулировать в зависимости от оборотов! Это и было изобретено – по сути это и есть система регулирования фаз, ПОПРОСТОМУ — ФАЗОВРАЩАТЕЛИ.

Принцип работы

Сейчас не будем лезть вглубь, наша задача понять, как они работают. Собственно обычный распредвал на конце имеет распределительную шестерню, которая в свою очередь соединяется с ремнем или цепью ГРМ.

Распредвал с фазовращателем на конце имеет немного другую, измененную конструкцию. Здесь располагаются две «гидро» или электроуправляемые муфты, которые с одной стороны также зацепляются за привод ГРМ, а с другой стороны с валами. Под воздействием гидравлики или электроники (есть специальные механизмы) внутри этой муфты могут происходить сдвиги, таким образом, она может немного поворачиваться, тем самым меняя открытие или закрытие клапанов.

Нужно отметить, что не всегда фазовращатель устанавливается на два распредвала сразу, бывает что один находится на впускном или на выпускном, а на втором просто обычная шестерня.

Как обычно процессом руководит ЭБУ, которая собирает данные с различных датчиков двигателя, таких как положения коленчатого вала, холла, частота вращения двигателя, скорости и т.д.

Сейчас я вам предлагаю рассмотреть основные конструкции, таких механизмов (думаю так у вас больше проясниться в голове).

VVT (Variable Valve Timing), KIA-Hyundai (CVVT), Toyota (VVT-i), Honda (VTC)

Одними из первых предложили поворачивать коленвал (относительно начального положения), компания Volkswagen, со своей системой VVT (на ее основе построили свои системы много других производителей)

Что в нее входит:

Фазовращатели (гидравлические), установлены на впускном и выпускном валу. Они подключены к системе смазки мотора (собственно это масло и закачивается в них).

Если разобрать муфту то внутри есть специальная звездочка наружного корпуса, которая неподвижно соединена с валом ротора. Корпус и ротор при накачивании масла могут смещаться относительно друг друга.

Механизм закрепляется в головке блока, в ней есть каналы для подводки масла к обеим муфтам, контролируются потоки двумя электрогидравлическими распределителями. Они кстати также закрепляются на корпусе головки блока.

Помимо этих распределителей в системе много датчиков – частоты коленчатого вала, нагрузки на двигатель, температуре охлаждающей жидкости, положения распред и колен валов. Когда нужно повернуть откорректировать фазы (например — высокие или низкие обороты), ЭБУ считывая данные дает приказания распределителям подавать масла в муфты, они открываются и давление масла начинает накачивать фазовращатели (тем самым они поворачиваются в нужную сторону).

Холостой ход – поворачивание происходит таким образом, чтобы «впускной» распредвал обеспечил более позднее открытие и позднее закрытие клапанов, а «выпускной» разворачивается так  — чтобы клапан закрывался намного раньше до подхода поршня в верхнюю мертвую точку.

Получается, что количество отработанной смеси снижается почти до минимума, причем она практически не мешает на такте впуска, это благоприятно сказывается на работе мотора на холостых оборотах, его стабильности и равномерности.

Средние и высокие обороты – здесь задача выдать максимальную мощность, поэтому «поворачивание» происходит таким образом, чтобы задержать открытие выпускных клапанов. Таким образом, остается давление газов на такте рабочего хода. Впускные в свою очередь открываются после достижение поршня верхней мертвой точки (ВМТ), и закрываются после НМТ. Таким образом, мы как бы получаем динамический эффект «дозарядки» цилиндров двигателя, что несет за собой увеличение мощности.

Максимальный крутящий момент – как становится понятно, нам нужно как можно больше наполнять цилиндры. Для этого нужно намного раньше открывать и соответственно намного позже закрывать впускные клапана, сберечь смесь внутри и не допустить ее выхода обратно в впускной коллектор. «Выпускные» же в свою очередь, закрываются с некоторым опережением до ВМТ, чтобы оставить небольшое давление в цилиндре. Думаю это понятно.

Таким образом, сейчас работает много похожих систем, из них самые распространенные Renault (VCP), BMW (VANOS/Double VANOS), KIA-Hyundai (CVVT), Toyota (VVT-i), Honda (VTC).

НО и эти не идеальные, они могут только смещать фазы в одну или другую сторону, но не могут реально «сузить» или «расширить» их. Поэтому сейчас начинают появляться более совершенные системы.

Honda (VTEC),  Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC), Kia (CVVL)

Чтобы дополнительно регулировать поднятие клапана, были созданы еще более продвинутые системы, но родоначальницей была компания HONDA, со своим мотором VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control). Суть в том, что кроме изменения фаз, эта система может больше поднимать клапана, тем самым улучшая наполнение цилиндров или отвод отработанных газов. У HONDA сейчас используется уже третье поколение таких моторов, которые впитали в себя сразу обе системы VTC (фазовращатели) и VTEC (поднятие клапана), и сейчас она называется – DOHC i-VTEC.

Система еще более сложная, она имеет продвинутые распредвалы в которых есть совмещенные кулачки. Два обычных по краям, которые нажимают на коромысла в обычном режиме и средний более выдвинутый кулачок (высокопрофильный), который включается и нажимает клапана скажем после 5500 оборотов. Эта конструкция имеется на каждую пару клапанов и коромысел.

Как же работает VTEC? Примерно до 5500 об/мин мотор работает в штатном режиме, используя только систему VTC (то есть крутит фазовращатели). Средний кулачок как бы не замкнут с двумя другими по краям, он просто вращается в пустую. И вот при достижении высоких оборотов, ЭБУ дает приказание на включение системы VTEC, начинает закачиваться масло и специальный штифт выталкивается вперед, это позволяет замкнуть все три «кулачка» сразу, начинает работать самый высокий профиль – теперь именно он давит пару клапанов, на которые рассчитана группа. Таким образом, клапан опускается намного больше, что позволяет дополнительно наполнить цилиндры новой рабочей смесью и отвести больший объем «отработки».

Стоит отметить, что VTEC стоит и на впускном и выпускном валах, это дает реальное преимущество и прирост мощности на высоких оборотах. Прирост примерно в 5 – 7%, это очень хороший показатель.

Стоит отметить, хотя ХОНДА была первой, сейчас похожие системы используются на многих автомобилях, например Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC), Kia (CVVL). Иногда как например в моторах Kia G4NA, используется лифт клапанов только на одном распредвалу (здесь только на впускном).

НО и у этой конструкции есть свои недостатки, и самый главный это ступенчатое включение в работу, то есть едите до 5000 – 5500 и дальше чувствуете (пятой точкой) включение, иногда как толчок, то есть нет плавности, а хотелось бы!

Плавное включение или Fiat (MultiAir), BMW (Valvetronic), Nissan (VVEL), Toyota (Valvematic)

Хотите плавности пожалуйста, и тут первой в разработках была компания (барабанная дробь) – FIAT. Кто бы мог подумать, они первые создали систему MultiAir, она еще более сложная, но более точная.

«Плавная работа» здесь применена на впускных клапанах, причем распредвала здесь вообще нет. Он сохранился только на выпускной части, но он имеет воздействие и на впуск (наверное запутал, но постараюсь объяснить).

Принцип работы. Как я сказал, здесь есть один вал, и он руководит и впускными и выпускными клапанами. ОДНАКО если на «выпускные» он воздействует механически (то есть банально через кулачки), то вот на впускные воздействие передается через специальную электро-гидравлическую систему. На валу (для впуска) есть что-то типа «кулачков», которые нажимают не на сами клапана, а на поршни, а те передают приказания через электромагнитный клапан на рабочие гидроцилиндры открывать или закрывать. Таким образом, можно добиться нужного открытия в определенный период времени и оборотов. При малых оборотах, узкие фазы, при высоких – широкие, и клапан выдвигается на нужную высоту ведь здесь все управляется гидравликой или электрическими сигналами.

Это позволяет сделать плавное включение в зависимости от оборотов двигателя. Сейчас такие разработки есть также у многих производителей, таких как — BMW (Valvetronic), Nissan (VVEL), Toyota (Valvematic). Но и эти системы не идеальны до конца, что опять не так? Собственно здесь опять же есть привод ГРМ (который забирает на себя около 5% мощности), есть распредвал и дроссельная заслонка, это опять забирает много энергии, соответственно крадет КПД, вот бы от них отказаться.

FreeValve

Отказ полностью от валов, дросселя и привода ГРМ (цепь или ремень) выносят многие производители, но первыми сделали это Шведы в своем суперкаре Koenigsegg, который кстати развивает аж 1500 л.с.

Как это устроено? Вместо валов здесь находятся специальные электромагнитные актуаторы, в которых встроены пневматические пружины. ЭБУ контролирует каждый такой клапан и способна открывать и закрывать его очень быстро (до 100 раз в секунду) и на любое расстояние которое нужно. Это позволяет регулировать фазы на любое заданное значение! И ЭТО РЕАЛЬНО ОЧЕНЬ КРУТО.

Испытания показали, что такой мотор до 30% мощнее и эффективнее чем аналоги с распределительной системой, а также он экономичен на эти же 30%. Плавность хода здесь на высоте.

Минусом пока является что такой мотор, шумный, такое количество электромагнитных клапанов создает щелканье при открытие, причем оно нарастает при повышении оборотов. Также стоимость агрегата пока очень высока, но если его запустить в серию цена может значительно упасть.

Что же вот мы с вами и рассмотрели основные виды фазовращателей и просто систем газораспределения без них. Кто не особо понял посмотрите видео версию, там я постараюсь рассказать все просто и на пальцах.

НА этом заканчиваю, думаю, моя статья была для вас полезна, подписывайтесь на наш сайт и канал YOUTUBE, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

(26 голосов, средний: 4,65 из 5)

avto-blogger.ru

Для чего нужны фазовращатели — DRIVE2

Чтобы это понять что такое фазовращатели и зачем они нужны, прочтите для начала полезную информацию. Все дело в том, что двигатель работает не одинаково на различных оборотах. Для холостых и не высоких оборотов идеальными будут «узкие фазы», а для высоких – «широкие».

Узкие фазы – если коленчатый вал вращается «медленно» (холостой ход), то объем и скорость отвода отработанных газов также невелики. Именно здесь идеально применять «узкие» фазы, а также минимальное «перекрытие» (время одновременного открытия впускных и выпускных клапанов) – новая смесь не проталкивается в выпускной коллектор, через открытый выпускной клапан, но и соответственно отработанные газы (почти) не проходят во впускной. Это идеальное сочетание. Если же сделать «фазирование» — шире, именно при невысоких вращениях коленчатого вала, то «отработка» может смешаться с поступающими новыми газами, снизив тем самым ее качественные показатели, что однозначно снизит мощность (мотор станет неустойчиво работать или даже заглохнет).

Широкие фазы – когда обороты растут, соответственно растет и объем и скорость перекачиваемых газов. Здесь уже важно быстрее продувать цилиндры (от отработки) и быстрее загонять в них поступающую смесь, фазы должны быть «широкими».

Конечно же руководит открытиями обычный распределительный вал, а именно его «кулачки» (своеобразные эксцентрики), у него есть два конца – один как бы острый, он выделяется, другой просто сделан полукругом. Если конец острый — то происходит максимальное открытие, если округлый (с другой стороны) – максимальное закрытие.НО у штатных распределительных валов – НЕТ регулировки фаз, то есть они их не могут расширить или сделать уже, все же инженеры задают усредненные показатели – что-то среднее между мощностью и экономичностью. Если завалить валы в одну из сторон, то эффективность, либо экономичность двигателя упадет. «Узкие» фазы, не дадут ДВС развивать максимальную мощность, а вот «широкие» — не буде нормально работать на малых оборотах.

Вот бы регулировать в зависимости от оборотов! Это и было изобретено – по сути это и есть система регулирования фаз, ПО ПРОСТОМУ — ФАЗОВРАЩАТЕЛИ.Принцип работы

Сейчас не будем лезть вглубь, наша задача понять, как они работают. Собственно обычный распредвал на конце имеет распределительную шестерню, которая в свою очередь соединяется с ремнем или цепью ГРМ.

Распредвал с фазовращателем на конце имеет немного другую, измененную конструкцию. Здесь располагаются две «гидро» или электроуправляемые муфты, которые с одной стороны также зацепляются за привод ГРМ, а с другой стороны с валами. Под воздействием гидравлики или электроники (есть специальные механизмы) внутри этой муфты могут происходить сдвиги, таким образом, она может немного поворачиваться, тем самым меняя открытие или закрытие клапанов.Нужно отметить, что не всегда фазовращатель устанавливается на два распредвала сразу, бывает что один находится на впускном или на выпускном, а на втором просто обычная шестерня.

Как обычно процессом руководит ЭБУ, которая собирает данные с различных датчиков двигателя, таких как положения коленчатого вала, холла, частота вращения двигателя, скорости и т.д.

Сейчас я вам предлагаю рассмотреть основные конструкции, таких механизмов (думаю так у вас больше проясниться в голове).

www.drive2.ru

Фазовращатель ДВС принцип работы - Спецтехника

Содержание

  • 1 Фазовращатель в ДВС. Что это такое и основной принцип работы. Разберем VVT, VVT-i, CVVT, VTC, VANOS, VTEC и прочие
  • 2 Система изменения фаз газораспределения
  • 3 Регулирование фаз газораспределения ДВС
    • 3.1 Как двигают фазы
    • 3.2 Системы регулирования фаз
  • 4 Фазы и механизм газораспределения — как это работает и на что влияет
  • 5 Система изменения фаз газораспределения, принцип работы VVT

Эффективность двигателя внутреннего сгорания зачастую зависит от процесса газообмена, то есть наполнения воздушно-топливной смеси и отвода уже отработанных газов.

Как мы уже с вами знаем, этим занимается ГРМ (газораспределительный механизм), если правильно и «тонко» настроить его под определенные обороты, можно добиться очень не плохих результатов в КПД. Инженеры давно бьются над этой проблемой, решать ее можно различными способами, например воздействием на сами клапана или же поворотом распределительных валов …

Чтобы клапана ДВС работали всегда правильно и не были подвержены износу, вначале появились просто «толкатели», затем гидрокомпенсаторы, но этого оказалось мало, поэтому производители начали внедрение так называемых «фазовращателей» на распределительные валы.

Зачем вообще нужны фазовращатели?

Чтобы это понять что такое фазовращатели и зачем они нужны, прочтите для начала полезную информацию.

Все дело в том, что двигатель работает не одинаково на различных оборотах.

Для холостых и не высоких оборотов идеальными будут «узкие фазы», а для высоких – «широкие».

Узкие фазы – если коленчатый вал вращается «медленно» (холостой ход), то объем и скорость отвода отработанных газов также невелики.

Именно здесь идеально применять «узкие» фазы, а также минимальное «перекрытие» (время одновременного открытия впускных и выпускных клапанов) – новая смесь не проталкивается в выпускной коллектор, через открытый выпускной клапан, но и соответственно отработанные газы (почти) не проходят во впускной. Это идеальное сочетание. Если же сделать «фазирование» — шире, именно при невысоких вращениях коленчатого вала, то «отработка» может смешаться с поступающими новыми газами, снизив тем самым ее качественные показатели, что однозначно снизит мощность (мотор станет неустойчиво работать или даже заглохнет).

Широкие фазы – когда обороты растут, соответственно растет и объем и скорость перекачиваемых газов.

Здесь уже важно быстрее продувать цилиндры (от отработки) и быстрее загонять в них поступающую смесь, фазы должны быть «широкими».

Конечно же руководит открытиями обычный распределительный вал, а именно его «кулачки» (своеобразные эксцентрики), у него есть два конца – один как бы острый, он выделяется, другой просто сделан полукругом. Если конец острый — то происходит максимальное открытие, если округлый (с другой стороны) – максимальное закрытие.

НО у штатных распределительных валов – НЕТ регулировки фаз, то есть они их не могут расширить или сделать уже, все же инженеры задают усредненные показатели – что-то среднее между мощностью и экономичностью.

Если завалить валы в одну из сторон, то эффективность, либо экономичность двигателя упадет.

«Узкие» фазы, не дадут ДВС развивать максимальную мощность, а вот «широкие» — не буде нормально работать на малых оборотах.

Вот бы регулировать в зависимости от оборотов! Это и было изобретено – по сути это и есть система регулирования фаз, ПОПРОСТОМУ — ФАЗОВРАЩАТЕЛИ.

Принцип работы

Сейчас не будем лезть вглубь, наша задача понять, как они работают. Собственно обычный распредвал на конце имеет распределительную шестерню, которая в свою очередь соединяется с ремнем или цепью ГРМ.

Распредвал с фазовращателем на конце имеет немного другую, измененную конструкцию.

Здесь располагаются две «гидро» или электроуправляемые муфты, которые с одной стороны также зацепляются за привод ГРМ, а с другой стороны с валами.

Под воздействием гидравлики или электроники (есть специальные механизмы) внутри этой муфты могут происходить сдвиги, таким образом, она может немного поворачиваться, тем самым меняя открытие или закрытие клапанов.

Нужно отметить, что не всегда фазовращатель устанавливается на два распредвала сразу, бывает что один находится на впускном или на выпускном, а на втором просто обычная шестерня.

Как обычно процессом руководит ЭБУ, которая собирает данные с различных датчиков двигателя, таких как положения коленчатого вала, холла, частота вращения двигателя, скорости и т.д.

Сейчас я вам предлагаю рассмотреть основные конструкции, таких механизмов (думаю так у вас больше проясниться в голове).

VVT (Variable Valve Timing), KIA-Hyundai (CVVT), Toyota (VVT-i), Honda (VTC)

Одними из первых предложили поворачивать коленвал (относительно начального положения), компания Volkswagen, со своей системой VVT (на ее основе построили свои системы много других производителей)

Что в нее входит:

Фазовращатели (гидравлические), установлены на впускном и выпускном валу. Они подключены к системе смазки мотора (собственно это масло и закачивается в них).

Если разобрать муфту то внутри есть специальная звездочка наружного корпуса, которая неподвижно соединена с валом ротора. Корпус и ротор при накачивании масла могут смещаться относительно друг друга.

Механизм закрепляется в головке блока, в ней есть каналы для подводки масла к обеим муфтам, контролируются потоки двумя электрогидравлическими распределителями. Они кстати также закрепляются на корпусе головки блока.

Помимо этих распределителей в системе много датчиков – частоты коленчатого вала, нагрузки на двигатель, температуре охлаждающей жидкости, положения распред и колен валов.

Когда нужно повернуть откорректировать фазы (например — высокие или низкие обороты), ЭБУ считывая данные дает приказания распределителям подавать масла в муфты, они открываются и давление масла начинает накачивать фазовращатели (тем самым они поворачиваются в нужную сторону).

Холостой ход – поворачивание происходит таким образом, чтобы «впускной» распредвал обеспечил более позднее открытие и позднее закрытие клапанов, а «выпускной» разворачивается так  — чтобы клапан закрывался намного раньше до подхода поршня в верхнюю мертвую точку.

Получается, что количество отработанной смеси снижается почти до минимума, причем она практически не мешает на такте впуска, это благоприятно сказывается на работе мотора на холостых оборотах, его стабильности и равномерности.

Средние и высокие обороты – здесь задача выдать максимальную мощность, поэтому «поворачивание» происходит таким образом, чтобы задержать открытие выпускных клапанов.

Таким образом, мы как бы получаем динамический эффект «дозарядки» цилиндров двигателя, что несет за собой увеличение мощности.

Максимальный крутящий момент – как становится понятно, нам нужно как можно больше наполнять цилиндры.

Для этого нужно намного раньше открывать и соответственно намного позже закрывать впускные клапана, сберечь смесь внутри и не допустить ее выхода обратно в впускной коллектор.

«Выпускные» же в свою очередь, закрываются с некоторым опережением до ВМТ, чтобы оставить небольшое давление в цилиндре. Думаю это понятно.

Таким образом, сейчас работает много похожих систем, из них самые распространенные Renault (VCP), BMW (VANOS/Double VANOS), KIA-Hyundai (CVVT), Toyota (VVT-i), Honda (VTC).

НО и эти не идеальные, они могут только смещать фазы в одну или другую сторону, но не могут реально «сузить» или «расширить» их. Поэтому сейчас начинают появляться более совершенные системы.

Honda (VTEC),  Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC), Kia (CVVL)

Чтобы дополнительно регулировать поднятие клапана, были созданы еще более продвинутые системы, но родоначальницей была компания HONDA, со своим мотором VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control). Суть в том, что кроме изменения фаз, эта система может больше поднимать клапана, тем самым улучшая наполнение цилиндров или отвод отработанных газов. У HONDA сейчас используется уже третье поколение таких моторов, которые впитали в себя сразу обе системы VTC (фазовращатели) и VTEC (поднятие клапана), и сейчас она называется – DOHC i-VTEC.

Система еще более сложная, она имеет продвинутые распредвалы в которых есть совмещенные кулачки.

Два обычных по краям, которые нажимают на коромысла в обычном режиме и средний более выдвинутый кулачок (высокопрофильный), который включается и нажимает клапана скажем после 5500 оборотов. Эта конструкция имеется на каждую пару клапанов и коромысел.

Как же работает VTEC? Примерно до 5500 об/мин мотор работает в штатном режиме, используя только систему VTC (то есть крутит фазовращатели).

Средний кулачок как бы не замкнут с двумя другими по краям, он просто вращается в пустую.

И вот при достижении высоких оборотов, ЭБУ дает приказание на включение системы VTEC, начинает закачиваться масло и специальный штифт выталкивается вперед, это позволяет замкнуть все три «кулачка» сразу, начинает работать самый высокий профиль – теперь именно он давит пару клапанов, на которые рассчитана группа. Таким образом, клапан опускается намного больше, что позволяет дополнительно наполнить цилиндры новой рабочей смесью и отвести больший объем «отработки».

Стоит отметить, что VTEC стоит и на впускном и выпускном валах, это дает реальное преимущество и прирост мощности на высоких оборотах. Прирост примерно в 5 – 7%, это очень хороший показатель.

Стоит отметить, хотя ХОНДА была первой, сейчас похожие системы используются на многих автомобилях, например Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC), Kia (CVVL). Иногда как например в моторах Kia G4NA, используется лифт клапанов только на одном распредвалу (здесь только на впускном).

Читайте также  Принцип работы экструдера полимеров

НО и у этой конструкции есть свои недостатки, и самый главный это ступенчатое включение в работу, то есть едите до 5000 – 5500 и дальше чувствуете (пятой точкой) включение, иногда как толчок, то есть нет плавности, а хотелось бы!

Плавное включение или Fiat (MultiAir), BMW (Valvetronic), Nissan (VVEL), Toyota (Valvematic)

Хотите плавности пожалуйста, и тут первой в разработках была компания (барабанная дробь) – FIAT. Кто бы мог подумать, они первые создали систему MultiAir, она еще более сложная, но более точная.

«Плавная работа» здесь применена на впускных клапанах, причем распредвала здесь вообще нет. Он сохранился только на выпускной части, но он имеет воздействие и на впуск (наверное запутал, но постараюсь объяснить).

Принцип работы. Как я сказал, здесь есть один вал, и он руководит и впускными и выпускными клапанами.

ОДНАКО если на «выпускные» он воздействует механически (то есть банально через кулачки), то вот на впускные воздействие передается через специальную электро-гидравлическую систему.

На валу (для впуска) есть что-то типа «кулачков», которые нажимают не на сами клапана, а на поршни, а те передают приказания через электромагнитный клапан на рабочие гидроцилиндры открывать или закрывать. Таким образом, можно добиться нужного открытия в определенный период времени и оборотов. При малых оборотах, узкие фазы, при высоких – широкие, и клапан выдвигается на нужную высоту ведь здесь все управляется гидравликой или электрическими сигналами.

Это позволяет сделать плавное включение в зависимости от оборотов двигателя. Сейчас такие разработки есть также у многих производителей, таких как — BMW (Valvetronic), Nissan (VVEL), Toyota (Valvematic).

Но и эти системы не идеальны до конца, что опять не так? Собственно здесь опять же есть привод ГРМ (который забирает на себя около 5% мощности), есть распредвал и дроссельная заслонка, это опять забирает много энергии, соответственно крадет КПД, вот бы от них отказаться.

FreeValve

Отказ полностью от валов, дросселя и привода ГРМ (цепь или ремень) выносят многие производители, но первыми сделали это Шведы в своем суперкаре Koenigsegg, который кстати развивает аж 1500 л.с.

Как это устроено? Вместо валов здесь находятся специальные электромагнитные актуаторы, в которых встроены пневматические пружины.

ЭБУ контролирует каждый такой клапан и способна открывать и закрывать его очень быстро (до 100 раз в секунду) и на любое расстояние которое нужно.

Это позволяет регулировать фазы на любое заданное значение! И ЭТО РЕАЛЬНО ОЧЕНЬ КРУТО.

Испытания показали, что такой мотор до 30% мощнее и эффективнее чем аналоги с распределительной системой, а также он экономичен на эти же 30%. Плавность хода здесь на высоте.

Минусом пока является что такой мотор, шумный, такое количество электромагнитных клапанов создает щелканье при открытие, причем оно нарастает при повышении оборотов. Также стоимость агрегата пока очень высока, но если его запустить в серию цена может значительно упасть.

Что же вот мы с вами и рассмотрели основные виды фазовращателей и просто систем газораспределения без них. Кто не особо понял посмотрите видео версию, там я постараюсь рассказать все просто и на пальцах.

НА этом заканчиваю, думаю, моя статья была для вас полезна, подписывайтесь на наш сайт и канал , искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

Источник: http://avto-blogger.ru/dv/fazovrashhatel-v-dvs.html

Система изменения фаз газораспределения

Окт 26 2014

Что такое фазы газораспределения в двигателе внутреннего сгорания? Именно с этого ответа на вопрос мы начнем с вами статью.

Фазами газораспределения принято считать момент с начала открытия и до конца закрытия впускного или выпускного клапана, относительно положения поршня (верхняя или нижняя мертвая точка), выраженного в градусах угла поворота коленчатого вала.

В большинстве двигателей внутреннего сгорания установленных на автомобилях, фазы газораспределения одинаковы на всех режимах работы двигателя, то есть они остаются неизменными, будь это холостой ход или режим полной нагрузки на высокой частоте вращения коленчатого вала.

В результате все это сказывается на малой эффективности работы двигателя и снижению его КПД, так как на разных режимах работы требуется разная величина фаз газораспределения.

Например, для низких оборотов требуются короткие фазы, имеющие минимальную продолжительность, для высоких оборотов наоборот, необходимы широкие фазы, которые будут перекрывать такт впуска и выпуска.

Так вот, чтобы на двигателях с постоянными фазами газораспределения, добиться оптимальной работы, как на низких, так и на высоких оборотах, особое внимание инженеры конструкторы уделяют форме и размерам кулачков распредвала, ведь именно от них зависит продолжительность фазы газораспределения.

В поисках компромиссов чему больше отдать предпочтение высокому крутящему моменту на низких оборотах или повышенной мощности на высоких оборотах, инженеры потихоньку пришли к решению создать систему с изменяемыми фазами газораспределения. В которой для каждого режима работы двигателя фазы газораспределения будут индивидуальны.

Впервые система изменения фаз газораспределения была применена в 1983 на легендарной марке автомобилей Альфа Ромео.

После удачного опыта, применение данной системы, она стало появляться и на других известных марках, таких как Mercedes-Benz, Porsche, BMW, Honda и др.

Основными положительными качества данной системы являлось то, что получилось добиться:

  • Заметного улучшения работы двигателя на холостом ходу.
  • Снижение расхода топлива.
  • Увеличение мощности.
  • Оптимального крутящего момента на различных оборотах.
  • Естественной рециркуляции отработавших газов, а с ней и уменьшение выбросов оксида азота в атмосферу.

Добиться изменения фаз газораспределения можно несколькими способами, на данный момент их три:

  • с помощью поворота распредвала.
  • применение кулачков разной формы.
  • изменением высоты подъема клапанов.

Система АИФГ поворот распределительного вала

Данный способ изменения фаз нашли применение на следующих марках автомобилей:

  • Toyota — VVT-i (Dual VVT-i);
  • Volkswagen — VVT;
  • Honda — VTC;
  • Volvo, Hyundai, Kia — CVVT;
  • Renault — VCP;
  • BMW VANOS;
  • General Motors;

На впускном (аналогично и на выпускном) распределительном валу расположена гидромуфта, которая под контролем блока управления поворачивает его на заданный угол, тем самым, изменяя фазу газораспределения.

Весь механизм установлен на головке блока цилиндров, снизу к нему подходят масляные каналы системы смазки двигателя для управления обоими гидромуфтами.

На корпусе механизма установлены два электрогидравлических распределителя, которые и обеспечивают подвод масла к муфте.

Гидравлическая муфта состоит из ротора, жестко закрепленного на распределительном валу и корпуса муфты в роли, которой выступает шкив газораспределения.

В роторе расположены масляные каналы, по которым масло заполняет камеры образованные между ротором и корпусом.

Заполнение той или иной части камеры приводит к повороту ротору относительно корпуса, что в итоге обеспечивает поворот распределительного вала на необходимый в данный момент угол.

Сама система устроена таким образом, что в блок управления поступают основные сигналы параметров двигателя: частота вращения двигателя, расход воздуха и его температура, температура охлаждающей жидкости, данные с датчиков Холла установленных на механизме газораспределения.

На основании этих данных блок управления посылает сигналы электрогидравлическим распределителям, которые в свою очередь управляют самой гидромуфтой, под действием давления масла в системе смазки автомобиля.

Система АИФГ с разной формой кулачков

Эту технологию себе на вооружения взяли следующие марки: В первую очередь снова выступает Honda со своей известной системой – VTEC;

Toyota — VVTL-i;Mitsubishi — MIVEC;

Audi — Valvelift System;

Данный вид системы изменения фаз газораспределения разберем на примере системы VTEC.

Система устроена следующим образом:

На каждый цилиндр имеется два впускных клапана 1, три коромысла 2 и три кулачка на распределительном валу. Два крайних одного размера 3, а третий по середине большего 5.

А) На малых оборотах под воздействием малых кулачков усилие на впускные клапана передаются через крайние коромысла, обеспечивая их открытие в данном режиме. Среднее коромысла в этом режиме работы двигателя не участвует, что в итоге обеспечивает короткие фазы газораспределения.

В) При переходе двигателя в режим высоких оборотов автоматически срабатывает гидравлический блокирующий механизм 4, который соединяет все коромысла между собой вместе.

С) Теперь на коромысла воздействует только средний, кулачок большего размера, что приводит к удлинению фаз газораспределения.

В другой модификации системы VTEC, в отличие от предыдущей, присутствуют три режима регулировки, на малых, на средних и на высоких оборотах.

В этой системе три кулачка разного размера. На малых оборотах в работе участвует один малый кулачок, открывающий только один впускной клапан.

На средних оборотах два малых кулачка открывающие оба клапана.

На высоких оборотах, так же как и в предыдущем случае, один большой открывающий оба клапана.

На современных двигателях Honda использует результат двух объединенных систем VTEC и VTC, такая система получила название I-VTEC.

Она более сложная, нежели ее предшественники, но в то же время благодаря объединению этих двух систем в единое целое I-VTEC получила возможность расширить параметры регулирования.

Система АИФГ изменением высоты подъема клапанов

Первый успех в применении системы регулировки высоты подъема впускного клапана добилась BMW, представив в 2001 году на Женевском автосалоне своей BMW 316ti Compact с системой Valvetronic.

После успеха BMW в освоение данной системы, добились подобного результата и следующие марки:

Nissan — VEL;Toyota – Valvematic;Fiat – MultiAir;

Peugeot — VTI;

Данную систему можно считать наиболее совершенной, так как при использовании этой системы можно полностью отказаться от дроссельной заслонки, не слишком совершенного узла участвующего в регулировании подачи топливной смеси.

1) Электродвигатель (сервопривод).

2) Червячный вал.

3) Пружина возвратная.

4) Впускной распредвал.

5) Выпускной распредвал.

6) Червячная шестерня.

7) Эксцентриковый вал.

Промежуточный рычаг.

9) Коромысло впускного клапана.

10) Гидрокомпенсатор выпускного клапана.

11) Коромысло выпускного клапана.

12) Выпускной клапан.

13) Гидрокомпенсатор впускного клапана.

14) Впускной клапан.

Так же как и в предыдущих системах всем управляет блок управления, получающий сигналы с датчиков установленных на двигатели.

Сопоставляя все поступившие сигналы, он посылает сигнал управления сервоприводу 1, который через червячный вал 2, вращает эксцентриковый вал 9.

Эксцентриковый вал 9 в свою очередь изменяет положение промежуточного рычага 10, а он через коромысло 11 высоту подъема впускного клапана 16 регулируя фазы газораспределения. Таким образом, данная система может очень точно подобрать необходимую фазу газораспределения на любых оборотах.

Источник: http://webavtocar.ru/sistema-izmeneniya-faz-gazoraspredeleniya.html

Регулирование фаз газораспределения ДВС

В теории для наполнения цилиндра горючей смесью и выпуска отработанных газов клапаны должны открываться точно в верхней или нижней мертвых точках. На практике же это приходится делать заблаговременно.

Причем на разных оборотах двигателя время открытого состояния должно быть разным.

Но время и высота подъема клапанов раз и навсегда заданы формой кулачков распредвала, представляя собой компромисс между высоким крутящим моментом на низких оборотах и высокой мощностью на высоких оборотах.

Чтобы оптимизировать наполнение и очистку цилиндров двигателя в разных режимах работы были созданы системы изменения фаз газораспределения.

статьи

  • 1 Как двигают фазы
  • 2 Системы регулирования фаз

Как двигают фазы

У разных производителей существуют различные конструкции таких систем. Одни изменяют время подъема клапанов, другие – высоту подъема, а третьи – и то, и другое.

Системы изменения фаз могут устанавливаться только для впускных клапанов или и для впускных, и для выпускных.

В настоящее время используется три способа изменения фаз газораспределения.

  • Первый способ — поворот распредвала по ходу вращения с ростом оборотов двигателя. Таким образом, обеспечивается более раннее открытие клапанов. Основная деталь таких систем – фазовращатель (другое название – гидроуправляемая муфта). Он представляет собой ротор, смонтированный в шкиве распредвала, между которыми есть полости. Эти полости по сигналу контроллера двигателя через электромагнитный клапан заполняются маслом, что приводит к повороту распредвала. Угол поворота зависит от того, какая именно полость заполнена. Фазовращатель в большинстве случаев устанавливается только на впускной распредвал, на некоторых системах – и на выпускной. Описанный способ используется в системах VANOS и Double VANOS от BMW, VVT-i и Dual VVT-i(Variable Valve Timing with intelligence) от Toyota, VVT(Variable Valve Timing) от Volkswagen, VTC(Variable Timing Control) от Honda, CVVT(Continuous Variable Valve Timing) от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors, VCP(Variable Cam Phases) от Renault.
  • Второй способ – применение кулачков разного профиля на разных режимах работы. На малых оборотах используются кулачки, обеспечивающие «узкие» фазы, то есть малые высоту подъема и время открытия клапанов. С ростом оборотов по команде блока управления происходит переключение на «широкофазные» кулачки. Таким образом, фазы меняются ступенчато, а не плавно, как в предыдущей системе. Зато, кроме фаз, регулируется и высота подъема клапана. Разнопрофильные кулачки используют в своих системах: VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) от Honda, VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift with intelligence) от Toyota, MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control) от Mitsubishi.
  • Третья, самая совершенная группа систем, плавно регулирует высоту подъема клапанов. Главное достоинство таких систем в том, что они позволяют отказаться от дроссельной заслонки на впуске. Тем самым существенно снижаются насосные потери и расход топлива. Впервые такая система под названием Valvetroniс была применена BMW. В ней между распредвалом и клапаном расположен дополнительный рычаг, один конец которого давит на коромысло клапана, а второй соединен с эксцентриковым валом. Проворачивая этот вал с помощью электромотора, система управления тем самым меняет наклон рычага и его плечо. Увеличение плеча приводит к увеличению подъема клапана и количества воздуха, попадающего в цилиндры. Высота подъема регулируется в пределах от 0,5 до 12 мм.

Вслед за BMW аналогичные системы создали Valvematic от Toyota, VEL (Variable Valve Event and Lift System) от Nissan, MultiAir от Fiat, VTI (Variable Valve and Timing Injection) от Peugeot.

В системе MultiAir используется один распредвал, который приводит и впускные, и выпускные клапана.

Но если выпускные клапана механически управляются кулачками, то на впускные воздействие от кулачков передается через специальную электрогидравлическую систему. Именно в ней и состоит новизна.

Он имеет только два положения: открыт-закрыт. Если он открыт, давление в системе отсутствует, и усилие на клапан не передается.

Поэтому, управляя моментом и длительностью открытия электромагнитного клапана за то время, пока кулачок воздействует на поршенек, можно добиться любого алгоритма открытия впускных клапанов. А значит, ширину фаз можно плавно регулировать от 0 до 100%. Максимальная ширина фазы определяется профилем впускного кулачка распредвала.

А какое отношение все вышеописанное имеет к экологии? Системы изменения фаз газораспределения, оптимизируя процесс сгорания топлива, тем самым снижают его расход, а, значит и количество вредных выбросов.

Системы регулирования фаз

Система регулирования фаз VTEC от Honda.Система регулирования фаз MultiAir от FIATСистема регулирования фаз VVT от Volkswagen.

Источник: http://avtonov.info/regulirovanie-faz-gazoraspredelenija-dvs

Фазы и механизм газораспределения — как это работает и на что влияет

Термин «фаза» означает часть, этап или ступень какого-то процесса.

Поэтому впускная и выпускная фазы газораспределения – часть полного цикла работы двигателя внутреннего сгорания.

Прочитав статью, вы узнаете, что происходит во время фаз, каким образом двигатель регулирует их и на что влияют фазы газораспределения.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя приводит к выделению выхлопных газов и увеличению температуры.

Во время такта сжатия поршень движется к верхней мертвой точке (ВМТ) сжимая топливовоздушную смесь или воздух (дизельный двигатель).

Воспламенение происходит незадолго до ВМТ. В бензиновом двигателе топливовоздушную смесь воспламеняет искра свечи зажигания. В дизельном моторе в раскаленный от сжатия воздух впрыскивают распыленное топливо.

Когда поршень приближается к нижней мертвой точке (НМТ), наступает выпускная фаза газораспределения. Выпускной клапан открывается и поднимающийся к ВМТ поршень выдавливает из цилиндра продукты горения топливовоздушной смеси.

Когда поршень подходит к ВМТ заканчивается фаза выпуска и начинается фаза впуска. Поршень движется в ВМТ, в цилиндре возникает разряжение, благодаря которому воздух засасывает внутрь камеры сгорания.

После достижения ВМТ фаза впуска завершается и начинается такт сжатия.

Устройство механизма газораспределения

Газораспределительный механизм (ГРМ) состоит из:

  • одного или двух кулачковых распределительных валов, на каждый из которых установлена своя шестерня;
  • шестерни коленчатого вала;
  • цепного или ременного привода.

Число зубьев шестерни распределительного вала всегда в 2 раза больше, чем у шестерни коленчатого вала.

Благодаря этому за два оборота коленчатого вала происходит лишь один оборот распределительного вала.

Это позволяет открывать и закрывать клапаны головки блока цилиндров (ГБЦ) в зависимости от такта двигателя.

Фазы газораспределения зависят от расположения кулачков распределительного вала. Поэтому на одновальных двигателях возможна только одновременная регулировка фаз впуска и выпуска.

На двухвальных двигателях возможна раздельная регулировка фазы впуска и фазы выпуска. Это позволяет оптимизировать работу двигателя под различные режимы.

Когда кулачок распределительного вала доходит до клапана, то начинает давить на него до тех пор, пока клапан полностью не откроется. Затем кулачок проходит дальше и пружина начинает выдавливать клапан, стремясь закрыть его.

Как только давление со стороны распределительного вала исчезает, пружина полностью закрывает клапан.

Угол поворота распределительного вала, в течение которого впускные или выпускные клапаны одного цилиндра открыты и называется фазой газораспределения.

На что влияют фазы ГРМ

В двигателях современных бюджетных автомобилей не предусмотрена автоматическая регулировка фаз газораспределения, поэтому они настроены на средний режим работы. Форма кулачков распределительных валов таких двигателей рассчитана на максимальное наполнение и освобождение цилиндров при скорости вращения, близкой к максимальному крутящему моменту. Обычно он расположен между 2/3 и 3/4 от максимальных оборотов. Поэтому такой двигатель «плохо тянет» на оборотах ниже половины от максимальных.

Почему так происходит? Чем выше обороты двигателя, тем быстрей движутся поршни.

В результате давление внутри цилиндра во время фазы выпуска возрастает, но пропускная способность выпускного клапана не меняется.

Во время фазы впуска поршень движется быстрей, чем на холостых оборотах, но пропускная способность клапана не меняется.

Поэтому чем выше обороты двигателя, тем хуже наполнение цилиндров. Поэтому нередко фазы выпуска и выпуска пересекаются. В то время когда выпускной клапан закрывается, но еще открыт, начинает открываться впускной клапан.

На холостых и низких оборотах часть топлива, которая поступает в двигатель, уходит в выхлопную трубу. Это снижает мощность и экономичность двигателя.

По мере роста оборотов влияние этого эффекта слабеет. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем длинней должны быть фазы газораспределения.

Это позволит избежать снижения мощности мотора.

Если сдвинуть фазы газораспределения от оптимальной точки, то произойдет резкое падение мощности мотора.

Ведь цилиндры будут или не до конца освобождаться от выхлопных газов или не до конца наполняться топливовоздушной смесью.

Однако оптимальная точка начала фазы и ее продолжительность зависят от нагрузки на мотор и оборотов двигателя.

Поэтому тюнинговые мастерские и умелые автомобилисты устанавливают вместо штатной шестерни распределительного вала разрезную шестерню, с помощью которой можно сдвигать фазу на угол до 10 градусов.

Также используют тюнинговые распределительные валы, рассчитанные на различные режимы и нагрузки. Те, кто предпочитает ездить на максимальной скорости, устанавливают валы с максимальными фазами впуска и выпуска. Те же, кто ездит на средних оборотах двигателя, избегая резких стартов и больших скоростей, ставят валы с чуть уменьшенными фазами.

Регулятор фаз газораспределения

Существует большое количество моделей фазорегуляторов, которые работают по различным алгоритмам. Однако, общий принцип неизменен.

Когда двигатель работает на низких оборотах, фазорегулятор сокращает впускную и выпускную фазы. Это позволяет сократить расход топлива.

Читайте также  Дробилки валковые устройство и принцип работы

Когда двигатель начинает работать на высоких оборотах или под нагрузкой, регулятор увеличивает продолжительность фаз, а нередко и точку их начала.

Чем выше обороты двигателя, тем сильней они натягивают цепь или ремень привода ГРМ, тем самым сдвигая и фазы газораспределения.

Благодаря тому, что эти устройства регулируют натяжение ремня или цепи со стороны обоих распределительных валов, они эффективно сдвигают обе фазы.

Такие фазорегуляторы не требуют настройки, однако после пробега в 40-70 тысяч километров необходимо менять уплотнительные кольца гидроцилиндров.

Более сложные регуляторы представляют собой систему из датчиков, контроллера двигателя и исполнительных устройств. Однако, принцип их работы точно такой же, как у центробежных.

Исполнительное устройство увеличивает или ослабляет натяжение цепи со стороны впускного и выпускного валов. Благодаря этому каждая фаза регулируется отдельно.

Такие системы требуют настройки и регулярной проверки. Благодаря тому, что исполнительные механизмы работают от электричества, нет необходимости в регулярной замене уплотнительных колец.

Существуют также системы, в которых электронное управление совмещено с гидравлическим приводом.

В таких системах регулировка происходит не за счет натяжения цепи, а с помощью увеличения давления внутри шестерни распределительного вала.

Чем выше давление, тем дальше гидропривод проворачивает распределительный вал относительно положения шестеренки.

Как установить фазы газораспределения

На большинстве современных автомобилей, оснащенных механическим ГРМ, фазы газораспределения выставляют одинаково. По ВМТ первого цилиндра.

Для этого на корпусе блока цилиндров и ГБЦ, а также на шестернях распределительного и коленчатого валов нанесены специальные метки. В первую очередь совмещают метки коленчатого вала.

Затем совмещают метки распределительного (распределительных) валов. После этого надевают и натягивают цепь или ремень, затем проверяют метки.

Если метки на месте, коленчатый вал прокручивают 2 или 4 раза и снова проверяют метки.

Если метки шестерней распределительного и коленчатого валов совпадают с метками на блоке цилиндров и ГБЦ, то фазы выставлены правильно. Если отличаются, необходимо снять цепь или ремень и повторить все операции. 

Источник: http://VipWash.ru/vyhlopnaya-sistema/fazy-i-mehanizm-gazoraspredeleniya

Система изменения фаз газораспределения, принцип работы VVT

Разрезная шестерня, позволяющая регулировать фазы открытия/закрытия клапанов, ранее считалась принадлежностью лишь спортивных автомобилей.

Во многих современных двигателях система изменения фаз газораспределения используется штатно и работает не только на благо повышения мощности, но и для снижения расхода топлива и выбросов вредных веществ в окружающую среду. Рассмотрим, как работает Variable Valve Timing (международное название систем такого типа), а также некоторые особенности устройства VVT на автомобилях BMW, Toyota, Honda.

Фиксированные фазы

Фазами газораспределения принято называть моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала относительно НМТ и ВМТ. В графическом выражении период открытия и закрытия приято показывать диаграммой.

Если мы говорим о фазах, то изменению могут поддаваться:

  • момент начала открытия впускных и выпускных клапанов;
  • продолжительность нахождения в открытом состоянии;
  • высота подъема (величина, на которую опускается клапан).

Преобладающее большинство двигателей имеют фиксированные фазы газораспределения. Это значит, что описанные выше параметры определяются лишь формой кулачка распределительного вала.

Недостаток такого конструктивного решения в том, что рассчитанная конструкторами форма кулачков для работы двигателя будет оптимальной только в узком диапазоне оборотов.

Гражданские двигатели проектируются таким образом, чтобы фазы газораспределения соответствовали обычным условиям эксплуатации автомобиля.

Ведь если сделать двигатель, который очень хорошо будет ехать «с низов», то на оборотах выше средних крутящий момент, как и пиковая мощность, будет слишком низким. Именно эту проблему решает система изменения фаз газораспределения.

Принцип действия VVT

Суть работы системы VVT в том, чтобы в реальном времени, ориентируясь на режим работы двигателя, корректировать фазы открытия клапанов. В зависимости от конструктивных особенностей каждой из систем, реализовывается это несколькими путями:

  • поворотом распределительного вала относительно шестерни распредвала;
  • включением в работу на определенных оборотах кулачков, форма которых подходит для мощностных режимов;
  • изменением высоты подъема клапанов.

Наибольшее распространение получили системы, в которых регулировка фаз осуществляется изменением углового положения распределительного вала относительно шестерни. Несмотря на то что в работу разных систем положен схожий принцип, многие автоконцерны используются индивидуальные обозначения.

  • Рено – Variable Cam Phases (VCP).
  • БМВ – VANOS. Как и у большинства автопроизводителей, изначально подобной системой укомплектовывался только распределительный вал впускных клапанов. Система, в которой гидромуфты изменения фаз газораспределительного механизма устанавливается и на выпускной распредвал, называется Double VANOS.
  • Тойота — Variable Valve Timing with intelligence (VVT-i). Как в случае с БМВ, наличие системы на впускном и выпускном распредвалах именуется Dual VVT.
  • Хонда — Variable Timing Control (VTC).
  • Фольксваген в данном случае поступили более консервативно и выбрали международное название — Variable Valve Timing (VVT).
  • Хюндай, Киа, Вольво, GM — Continuous Variable Valve Timing (CVVT).

Как фазы влияют на работу двигателя

Характер поведения газов внутри ДВС изменяется в зависимости от режима работы мотора. К примеру, на холостых оборотах скорость движения поршней значительно ниже, чем в режиме работы на максимальных оборотах.

Соответственно, колебания газовой среды во впускном и выпускном коллекторах значительно зависят от режимной точки работы двигателя.

Упомянутые колебания способны как приносить пользу, создавая резонансный наддув (подробней об акустическом наддуве в статье о системе изменения геометрии впускного коллектора), так и вред – паразитные колебания, застои.

Именно поэтому скорость и эффективность наполнения цилиндров в разных режимных точках работы двигателя значительно отличаются.

На низких оборотах максимальное наполнение цилиндров будет обеспечивать позднее открытие выпускного клапана и раннее закрытие впускного.

В таком случае перекрытие клапанов (положение, в котором выпускные и впускные клапаны одновременно открыты) минимально, поэтому исключается возможность выталкивания оставшихся в цилиндре выхлопных газов обратно во впуск. Именно из-за широкофазных («верховых») распределительных валов на форсированных моторах часто приходится устанавливать повышенные обороты холостого хода.

На высоких оборотах для получения максимальной отдачи от двигателя фазы должны быть максимально широкими, так как за единицу времени поршни будут прокачивать намного больше воздуха. При этом перекрытие клапанов будет положительно влиять на продувку цилиндров (выход оставшихся выхлопных газов) и последующую наполняемость.

Именно поэтому установка системы, позволяющей подстроить фазы газораспределения, а в некоторых системах и высоту подъема клапанов, под режим работы двигателя, делает двигатель эластичней, мощней, экономичней и в то же время дружелюбней к окружающей среде.

Устройство, принцип работы VVT

За угловое смещение распределительного вала отвечает фазовращатель, представляющий собой гидромуфту, работой которой управляет ЭБУ двигателя.

Конструктивно фазовращатель состоит из ротора, который соединен с распредвалом, и корпуса, наружная часть которого является шестерней распределительно вала.

Между корпусом гидроуправляемой муфты и ротором находятся полости, заполнение которых маслом приводит к перемещению ротора, а, следовательно, и смещению распредвала относительно шестерни.

Распределитель представляет собой обычный электромагнитный клапан, который управляется ЭБУ посредством ШИМ-сигнала. Именно ШИМ-сигнал делает возможным плавное изменение фаз газораспределения.

Система управления, в образе ЭБУ двигателя, использует сигналы следующих датчиков:

  • ДПКВ (рассчитывается частота вращения коленчатого вала);
  • ДПРВ;
  • ДПДЗ;
  • ДМРВ;
  • ДТОЖ.

Системы с разной формой кулачков

Ввиду более сложной конструкции, система изменения фаз газораспределения посредством воздействия на коромысла клапанов кулачков разной формы получила меньшее распространение. Как и в случае с Variable Valve Timing, автоконцерны используют разные обозначения для обозначения схожих по принципу работы систем.

  • Хонда — Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (VTEC). Если на двигателе одновременно используется и VTEC, и VVT, то такая система носит аббревиатуру i-VTEC.
  • БМВ – Valvelift System.
  • Ауди — Valvelift System.
  • Тойота — Variable Valve Timing and Lift with intelligence от Toyota (VVTL-i).
  • Митсубиши — Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control (MIVEC).

Принцип работы

Система VTEC от Honda является, пожалуй, одной из самых известных, но и остальные системы работают по схожему типу.

Как вы можете увидеть из схемы, в режиме низких оборотов усилие на клапаны через коромысла передается набеганием двух крайних кулачков. При этом среднее коромысло двигается «вхолостую».

При переходе в режим высоких оборотов давлением масла выдвигается запорный шток (блокирующий механизм), который превращает 3 коромысла в единый механизм.

Увеличение хода клапанов достигается за счет того, что среднему коромыслу соответствует кулачок распредвала с наибольшим профилем.

Разновидность системы VTEC является конструкция, в которой режимам: низких, средних и высоких оборотов соответствуют разные коромысла и кулачки.

На низких оборотах кулачком меньшей формы открывается только один клапан, в режиме средних оборотов два меньших по форме кулачка открывают 2 клапаны, а на больших оборотах наибольший кулачок открывает оба клапаны.

Крайний виток развития

Ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов позволяет не только изменять фазы газораспределения, но и практически полностью снять с дроссельной заслонки функцию регулирования нагрузки на двигатель. Речь в первую очередь о системе Valvetronic от BMW. Именно специалисты БМВ впервые добились подобных результатов. Сейчас схожими разработками обладают: Toyota (Valvematic), Nissan (VVEL), Fiat (MultiAir), Peugeot (VTI).

Открытая на небольшой угол дроссельная заслонка создает значительное противодействие движению воздушных потоков.

В итоге часть полученной от сгорания топливовоздушной смеси энергии уходит на преодоление насосных потерь, что негативно сказывается на мощности и экономически автомобиля.

В системе Valvetronic количество поступающего в цилиндры воздуха регулируется степенью подъема и продолжительностью открытия клапанов. Реализовать это получилось при помощи внедрения в конструкцию эксцентрикового вала и промежуточного рычага.

Рычаг связан червячной передачей с сервоприводом, управляет которым ЭБУ. Изменения положения промежуточного рычага смещает воздействие коромысла в сторону большего или меньшего открытия клапанов. Более подробно принцип работы показан на видео.

Источник: http://mttunost.ru/sistema-izmeneniia-faz-gazoraspredeleniia-princip-raboty-vvt/

spectehnica-mo.com

Назначение систем регулирования фаз — DRIVE2

Назначение систем регулирования фаз.

Эффективность работы ДВС главным образом определяется организацией процесса газообмена, то есть качественным и своевременным наполнением и очисткой цилиндров. Эта задача возлагается на газораспределительный механизм и зависит от фаз газораспределения – моментов и продолжительности открытого состояния впускных и выпускных клапанов. Если клапаны открыты непродолжительное время, фазы называют «узкими». Чем дольше открыты клапаны – тем фазы «шире».При низких оборотах коленвала объемы и скорость движения горючей смеси и отработанных газов невелики, поэтому фазы должны быть узкими, а перекрытие (время одновременного открытия впускных и выпускных клапанов – минимальным. В этом случае свежая смесь не вытесняется в выпускной коллектор через открытый выпускной клапан и, соответственно, отработанные газы не попадают во впускной. Если же «расширить» фазы на низких оборотах, отработанные газы смешаются с рабочей смесью, снизив тем самым ее качество и вызвав падение мощности и неустойчивую работу двигателя.

С ростом оборотов пропорционально увеличиваются объемы и скорость движения перекачиваемой смеси и отработанных газов в единицу времени, поэтому необходимы «широкие» фазы и большее время перекрытия для лучшей продувки цилиндров. Продувка – вытеснение выхлопных газов из цилиндра движущейся с большой скоростью топливовоздушной смесью.

Ширина фаз определяется формой кулачков распределительного вала. Чем больше высота кулачка – тем выше высота подъема клапана. Чем «тупее» его конец – тем больше время максимального подъема клапана. Таким образом, подбирая форму кулачков, конструкторы могут настроить двигатель на работу только в определенном диапазоне оборотов. При проектировании обычного дорожного автомобиля разрабатывается усредненный распредвал для компромиссного баланса между мощностью и экономичностью. При отклонении от этого диапазона, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, эффективность ДВС будет снижаться. Например, «узкофазный» мотор не позволит развить высокую мощность, а «широкофазный» будет неустойчиво работать на малых оборотах, что вынудит увеличивать частоту оборотов холостого хода. Следовательно, идеальным решением было бы изменять ширину фаз в зависимости от оборотов двигателя. Так появились системы регулирования фаз газораспределения.Для технической реализации идеи регулирования фаз было создано множество конструкций. Для их описания потребуется не одна страница. Поэтому ознакомимся с устройством только нескольких — как простых, проверенных временем систем, так и самых современных.

Поворот распредвала.

Одним из способов регулирования фаз газораспределения является изменение положения распределительного вала относительно его первоначального положения в зависимости от режимов работы двигателя. Для примера рассмотрим систему Variable Valve Timing (VVT), применяемую на автомобилях Фольксваген. Она предназначается для оптимизации фаз при работе двигателя на режимах холостого хода, максимальной мощности и максимального крутящего момента.

В систему VVT входят следующие компоненты:Две гидроуправляемые муфты (другое название — фазовращатели), установленные на впускном и выпускном распределительных валах. Обе муфты подключены через корпус механизма газораспределения к системе смазки двигателя. Муфты состоят из встроенного в звездочку вала наружного корпуса и неподвижно соединенного с валом ротора. Корпус и ротор могут смещаться относительно друг другаКорпус механизма газораспределения, установленный на головке блока цилиндров двигателя. Внутри корпуса проходят каналы для подвода и отвода масла к обеим муфтам поворота распределительных валов.Два электрогидравлических распределителя. Эти распределители установлены на корпусе механизма газораспределения. Они служат для регулирования подвода масла из системы смазки двигателя к обоим фазовращателям.Сдвиг фаз VVT Состав системы VVT Управление системой VVT Фазовращатель Работа системы VVT

Управление системой VVT осуществляется блоком управления двигателя. Получая данные с датчиков о частоте вращения коленвала, нагрузке двигателя, температуре охлаждающей жидкости, а также о мгновенном положении коленчатого и распределительных валов, ЭБУ выдает сигнал на электрогидравлические распределители. Распределители открывают соответствующие каналы подвода масла, расположенные в корпусе механизма газораспределения. Масло из системы смазки двигателя поступает в гидроуправляемые муфты, которые поворачивают распределительные валы.

На режиме холостого хода впускной вал поворачивается таким образом, чтобы обеспечить более позднее открытие и соответственно более позднее закрытие впускных клапанов, а выпускной вал поворачивается так, что выпускной клапан закрывается задолго до прихода поршня в ВМТ. В результате количество отработанных газов в смеси снижается до минимума, что благоприятствует стабилизации сгорания в цилиндрах двигателя и повышению равномерности его работы на данном режиме.Для достижения максимальной мощности при высокой частоте вращения вала двигателя производится задержка открытия выпускных клапанов. Благодаря этому увеличивается продолжительность давления газов на поршень на такте рабочего хода. Впускной клапан открывается после ВМТ и закрывается относительно поздно после НМТ. При этом динамические процессы во впускной системе используются для получения эффекта дозарядки цилиндров и соответствующего увеличения мощности двигателя.

Для получения максимального крутящего момента необходимо обеспечить возможно больший коэффициент наполнения цилиндров. Для этого необходимо раньше открывать и соответственно закрывать впускные клапаны, чтобы не допустить обратный выброс смеси из цилиндров во впускной трубопровод. При этом выпускные клапаны закрываются с небольшим опережением до ВМТ. Более подробно с работой системы VVT можно ознакомиться здесь (формат PDF).Подобные системы устанавливают в своих двигателях Renault (VCP), BMW (VANOS/Double VANOS), Toyota (VVT-i), Honda (VTC). Некоторые из них используют фазовращатели только на впускном распредвалу, некоторые, как и VVT – на обоих. Недостатком подобных систем является то, что они способны только сдвигать фазы в ту или другую сторону, но не могут «сужать» или «расширять» их.

Переключение фаз

Устройство системы VTEC.

Такими возможностями обладает, например, Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (VTEC), созданная инженерами Honda. Она способна расширять фазы на высоких оборотах путем изменения высоты подъема клапана. Со времени своего создания система претерпела несколько модернизаций. Здесь рассмотрим ее третью версию – систему DOHC i-VTEC. Она представляет собой симбиоз системы VTEC с системой VTC (Variable Timing Control). Именно наличие VTC добавило в обозначение системы букву «i».Основой VTEC любого поколения является использование трех кулачков на каждую пару клапанов. Коромысел, соответственно, тоже три. Два крайних коромысла расположены непосредственно над клапанами, третье – между ними. Два крайних кулачка низкопрофильные и предназначены для обеспечения оптимальной работы на низких и средних оборотах. Усилие от среднего высокопрофильного кулачка передается на клапана только на высоких оборотах.

Работа системы VTEC.

Как это происходит? Примерно до 5500 об/мин газораспределение обеспечивается крайними кулачками через свои коромысла. Среднее коромысло хоть и приводится в действие кулачком, но на клапана никакого воздействия не оказывает – система VTEC отключена. При дальнейшем увеличении частоты вращения включается система VTEC. Блок управления отдает команду и управляемый давлением масла штифт, сдвигаясь, замыкает между собой все три коромысла. Таким образом, они составляют единое среднее коромысло, на которое воздействует только средний кулачок. В результате высота подъема клапанов, а вместе с ней и ширина фаз возрастает, обеспечивая лучшее наполнение и очистку цилиндров. Система VTEC устанавливается и на впускной, и на выпускной распредвалы.

Для тех, кто не изучал английскийAt low engine speeds — При низких оборотах двигателяAt higher engine speeds — При высоких оборотах двигателяLow valve lift — Низкий подъем клапановHigh valve lift — Высокий подъем клапановDisengaged — ОтключеноSynchronizing pin — Синхронизирующий штифтА что же система VTC? Она, в отличие от VTEC, работает во всем диапазоне оборотов, регулируя момент открытия впускных клапанов в зависимости от нагрузки на двигатель. Конструктивно она аналогична описанной выше системе VVT, то есть представляет собой фазовращатель, установленный на впускном распредвалу. VTC позволяет дополнительно увеличить мощность, крутящий момент, снизить расход топлива и вредные выхлопы, изменяя фазы газораспределения путем доворачивания распредвала в нужную сторону.

Системы, подобные VTEC, выпускаются и другими производителями, например Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC). Их недостатком является ступенчатое переключение фаз между узкими и широкими. А в идеале хотелось бы достичь плавного регулирования, позволяющего более точно подстроиться под режим работы двигателя.

Плавное регулирование.

И такие системы были созданы! Первой появилась Valvetronic от BMW, в которой фазы регулируются плавным изменением высоты подъема впускных клапанов. Благодаря этой системе впервые удалось создать бензиновый ДВС без дроссельной заслонки. Вскоре аналогичные технологии освоили Nissan (VVEL) и Toyota (Valvematic). Последнюю революционную разработку представил Фиат под названием MultiAir. Мотор 1,4 Turbo, оснащенный этой системой, завоевал престижное звание «Двигатель года» в 2010 году.

Состав системы MultiAir Система MultiAir Возможности системы MultiAirВ системе MultiAir используется один распредвал, который приводит и впускные, и выпускные клапана. Но если выпускные клапана механически управляются кулачками, то на впускные воздействие от кулачков передается через специальную электрогидравлическую систему. Именно в ней и состоит новизна. Впускные кулачки нажимают на поршни, а те через электромагнитный клапан передают усилие на рабочие гидроцилиндры, которые уже воздействуют на впускные клапана. Главный узел – именно клапан, регулирующий давление в системе. Он имеет только два положения: открыт-закрыт. Если он открыт, давление в системе отсутствует, и усилие на клапан не передается. Поэтому, управляя моментом и длительностью открытия электромагнитного клапана за то время, пока кулачок воздействует на поршенек, можно добиться любого алгоритма открытия впускных клапанов. А значит, ширину фаз можно плавно регулировать от 0 до 100%. Максимальная ширина фазы определяется профилем впускного кулачка распредвала.

При движении с полной нагрузкой электромагнитный клапан закрыт, и впускные клапаны имеют жесткую связь с распредвалом – фазы максимальные. В режиме же частичных нагрузок, наполнив цилиндр необходимым объемом воздуха, электромагнитный клапан отключается, закрывая тем самым впускной клапан. Управление поступлением воздуха посредством впускных клапанов позволило отказаться от применения дроссельной заслонки – главного источника насосных потерь. А уменьшение потерь автоматически приводит к экономии топлива, повышению мощности, крутящего момента и снижению вредных выбросов.

Преимущества Multiair перед другими аналогичными системами состоят в простоте, надежности и низкой стоимости производства. В перспективе ожидается применение Multiair и для выпускных клапанов, что еще больше расширит ее возможности. Например, при малых нагрузках вспышки в цилиндрах можно производить через цикл, что даст ощутимую экономию. А если в каком-то цилиндре произойдет пропуск вспышки, то неиспользованная смесь не уйдет на выхлоп, так как клапан не откроется, а сгорит в следующем цикле. На очереди у конструкторов – ГРМ без распредвала.

www.drive2.ru

Фазовращатель - это... Что такое Фазовращатель?

  • фазовращатель — фазовращатель …   Орфографический словарь-справочник

  • ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ — устройство, осуществляющее поворот фазы электрич. сигнала. Широко используется в разл. радиотехн. устройствах антенной технике, технике связи, радиоастрономии, измерит. технике и др. (см. также Антенна, Радиоприёмные устройства, Радиопередающие… …   Физическая энциклопедия

  • фазовращатель — гиратор Словарь русских синонимов. фазовращатель сущ., кол во синонимов: 1 • гиратор (2) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин …   Словарь синонимов

  • фазовращатель — Часть вихретокового прибора, которая поворачивает изображение комплексной плоскости [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.] фазовращатель… …   Справочник технического переводчика

  • ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ — устройство для изменения фазы электрических колебаний. Применяется в автоматике, преобразовательной, измерительной и сверхвысокочастотной технике. Конструкция фазовращателя зависит от диапазона рабочих частот, пределов изменения фазы и точности… …   Большой Энциклопедический словарь

  • Фазовращатель — элемент СВЧ тракта, предназначенный для изменения фазы отраженной или проходящей волны. Используются, в том числе, и в фазированных антенных решетках. Классификация По типу волн Отражательные Проходные По физическому принципу Механические… …   Википедия

  • фазовращатель — я; м. Устройство для изменения фазы электрических колебаний. * * * фазовращатель устройство для изменения фазы электрических колебаний. Применяется в автоматике, преобразовательной, измерительной и СВЧ технике. Конструкция фазовращателя зависит… …   Энциклопедический словарь

  • фазовращатель — fazės keitiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. phase changer; phase converter; phase shifter; phase shifting device vok. Phasendreher, m; Phasenschieber, m; Phasenumformer, m rus. фазовращатель, m; фазовый преобразователь, m;… …   Automatikos terminų žodynas

  • фазовращатель — fazės keitiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas, keičiantis išėjimo signalo fazę įėjimo signalo fazės atžvilgiu. atitikmenys: angl. phase changer; phase converter; phase shifter vok. Phasenschieber, m;… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • фазовращатель — fazės keitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. phase changer; phase converter; phase shifter vok. Phasendreher, m; Phasenschieber, m; Phasenumformer, m rus. преобразователь фазы, m; фазовращатель, m; фазопреобразователь, m pranc.… …   Fizikos terminų žodynas

dic.academic.ru

6.6. Фазовращатели

110

A = A − 20lg(cos2

ϕ),

(6.5)

0

где A0 – начальное ослабление при φ =0.

То обстоятельство, что ослабление, вносимое поляризационным аттенюатором, зависит только от угла поворота пластины φ , который может быть уста-

новленный довольно точно, позволяет строить на основании рассмотренного принципа прецизионные (англ. – fine) аттенюаторы. Поляризационные аттенюаторы, например сантиметрового диапазона, имеют диапазон изменения ослабления от 1 до 60 дБ при погрешности установки для малых значений ослабления, не более 0,5 дБ, КСВ не превышает 1,15.

Контрольные вопросы

1.Какой элемент СВЧ техники называется аттенюатором?

2.Какой вид имеет матрица рассеяния идеального аттенюатора?

3.Какие параметры характеризуют свойства аттенюатора?

4.Зачем нужно обеспечивать согласование аттенюатора?

5.Какие основные применения аттенюаторов?

6.Какие физические принципы положены в конструкцию аттенюаторов?

7.Какой принцип работы предельного аттенюатора?

8.Какие типичные значения параметров предельного аттенюатора?

9.Каков принцип работы аттенюатора поглощающего типа?

10.Изменяется ли фаза электромагнитной волны при прохождении через поглощающий аттенюатор?

11.Каков принцип работы поляризационного аттенюатора?

Фазовращатели (англ. – phase shifter, phaser) предназначены для плавного или дискретного изменения фазы электромагнитной волны. Фазовращатели широко применяются в разнообразных устройствах техники СВЧ: радиоприемниках, измерительных установках, антенных системах, антенных решетках для формирования требуемой диаграммы направленности, направленных ответвителях с регулируемой связью, согласующих устройствах и др.

Идеальная матрица рассеяния взаимного фазовращателя имеет вид

0

e− j

φ

(6.6)

S =

0

.

e− j φ

Различают механические и электрические фазовращатели. Работа фазовращателя базируется на изменении электрической длины отрезка линии передачи

2πl

ϕ = βl =

ε − (λ/ λкр )2

(6.7)

λ

111

путем изменения геометрической длины l , критической длины волны λкр или

эффективной диэлектрической проницаемости среды ε , которая заполняет ли-

нию.

Основные требования к фазовращателям: регулируемое изменение фазы

электромагнитной волны (как правило, от 0 до 180°); незначительная величина

вносимого ослабления; для фазовращателей, работающих в условиях высоких

уровней мощности, достаточная электрическая прочность.

Рассмотрим принцип

работы и

а

конструктивные особенности наиболее

распространенных типов механических

φ

фазовращателей.

в

На рис.6.12,а-б изображены кон-

струкции

фазовращателей

соответ-

б

ственно раздвижного и тромбонного

Рис.6.12. Механические фазовращатели:

типов. В них фазовый сдвиг регулиру-

а – раздвижной; б – тромбонный;

ется путем

перемещения

подвижной

в – обозначение на схемах

секции. Фазовращатели этого типа

обеспечивают изменение фазы в широких пределах. К недостаткам следует от-

нести нестабильность работы из-за наличия трущихся контактов.

Пластинчатый фазовращатель на основе прямоугольного волновода с

волной Н10 содержит тонкую диэлектрическую пластину, размещенную парал-

лельно узкой стенке, фазовый сдвиг зависит от положения пластины, он будет

максимальным в случае расположения пластины посредине волновода. Фазо-

вый сдвиг зависит также от частоты, поэтому при работе в диапазоне частот

следует вносить поправку к градуировке фазовращателя. Конструкции пла-

стинчатых фазовращателей напоминают конструкции поглощающих аттенюа-

торов (см. рис.6.10). Материалом для изготовления пластин являются диэлек-

трики с малыми потерями (фторопласт, полистирол, кварц и др.). С целью

уменьшения отражения длину пластины выбирают кратной числу полуволн в

б

Рис.6.13. Поляризационный фазовращатель:

а – конструкция; б – обозначение на схемах

112

волноводе, а концы пластины или скашивают, или их оснащают четвертьволновые выступами.

Поляризационный фазовращатель состоит из трех секций (рис.6.13), кото-

рые представляют собой секции дифференциального фазового сдвига (ДФС).

Секции ДФС широко применяются в технике СВЧ. Они предназначены для задержки волны одной линейной поляризации относительно волны ортогональной линейной поляризации. Наиболее простая конструкция секции ДФС имеет вид круглого волновода с диэлектрической пластиной с малыми потерями. Существуют и другие конструкции секций ДФС, например в виде квадратного волновода с металлическими ребрами.

Принцип работы секции ДФС с диэлектрической пластиной состоит в том, что волна с линейной поляризацией, параллельной пластине, получает дополнительное запаздывание на величину дифференциального фазового сдвига φ по отношению к волне с ортогональной поляризацией ϕ = (β1 −β2 )l , где l –

длина пластины; β1 и β2 – коэффициенты фазы для волн соответственно с п а-

раллельной и ортогональной поляризациями. Наиболее распространены секции ДФС с параметрами φ = 90° (90°-секция, или четвертьволновая пластина) и

φ=180° (180°-секция, или полуволновая пластина).

Вполяризационном фазовращателе (рис.6.13) крайние 90°-секции неподвижны. Плоскости их пластин параллельны между собой и повернуты на угол 45° по отношению к плоскости поляризации падающей и отраженной волн. В практических конструкциях фазовращателей эти секции имеют переходы меж-

ду прямоугольным волноводом с волной Н10 и круглым волноводом с волной Н11 (на рисунке не показаны). Средняя 180°-секция включается через дроссельные вращающиеся сочленения и может свободно вращаться вокруг оси в обе стороны.

Входная 90°-секция представляет собой поляризатор, она трансформирует линейно поляризованную волну в волну с круговой поляризацией. Роль средней 180°-секции сводится к изменению направления вращения плоскости поляризации. Потому поворот средней секции оказывается эквивалентным внесению дополнительного фазового сдвига, который равен удвоенному углу поворота 2θ . И, наконец, роль выходной 90°-секции состоит в обратном преобразовании волны с круговой поляризацией в волну с линейной поляризацией.

Фазовый сдвиг, внесенный поляризационным фазовращателем, практи-

1

2

1

3

чески не зависит от частоты и может

быть установлен с точностью до доли

градуса.

4

3

Фазовращатель отражающего

2

типа – это собственно двухполюсник,

а

б

с помощью которого можно регули-

Рис.6.14. Отражательные фазовращатели:

ровать фазу коэффициента отражения,

а – на основе щелевого моста;

при этом его модуль близок к едини-

б -

на основе Y - циркулятора

це. Идеальный отражающий фазовра-

113

щатель – переменное реактивное сопротивление, которое может быть реализовано в виде короткозамкнутого или разомкнутого шлейфа переменной длины. С дополнительными элементами фазовращатель отражающего типа превращается в фазовращатель проходного типа.

Принцип действия фазовращателя проходного типа, функциональная схема которого изображена на рис.6.14,а, основан на отражении электромагнитной волны от подвижных короткозамыкателей, размещенных в двух плечах щелевого моста. Короткозамыкатели размещены на одном расстоянии от щели связи и перемещаются вместе. Волна, которая подается в плечо 1, делится мостом поровну на парциальные части в плечах 2 и 3, но со сдвигом 90о. Волны, отраженные короткозамыкателями, снова делятся поровну мостом. Благодаря фазовым соотношениям между парциальными волнами в плече 1 отраженные воны компенсируют друг друга, а вся мощность поступает в выходное плечо 4. В случае изменения положения короткозамыкателей на расстояние l фаза волны, которая выходит из плеча 4, получает фазовый сдвиг φ = 4πl / Λ .

Рис.6.15. Коммутационный диод p-i-n

типа: а – конструкция; б – эквивалентная схема закрытого диода; в – эквивалентная схема открытого диода

В практических конструкциях отражательных фазовращателей на основе щелевого моста, возможна нелинейная зависимость фазового сдвига от перемещения короткозамыкателей. Однако выбором толщины общей широкой стенки между волноводами щелевого моста можно получить практически линейную зависимость [3]. Фазовращатель такой конструкции может выдерживать большой уровень мощности, потери состав-

ляют примерно 0,2 дБ.

Несколько большие потери (до 1 дБ) имеет фазовращатель проходного

типа на основе ферритового циркулятора (рис.6.14,б).

электрическим

Фазовращатели

с

управлением преимущественно реализу-

ются на основе коммутационных диодов

СВЧ. Наиболее распространенными яв-

а

Выводы

ляются коммутационные диоды типа

p-

i-n. В диоде этого типа сильно легирован-

n

p

ные p- и n-области разделены высокоом-

ной областью i

с электропроводностью

i

собственного типа (рис.6.15,а), эту об-

б

ласть

обычно

называют

базой

диода.

Вследствие значительной толщины базы

Рис.6.16. Включения p-i-n диодов в

p-i-n диод является инерционным прибо-

ром. При подаче СВЧ колебаний на запер-

тракт: а – полосковый; б - волноводный

тый

p-i-n диод эффекта выпрямления не

114

наблюдается, поскольку за положительный полупериод колебаний в базе диода не успевают накапливаться свободные носители заряда. Закрытый p-i-n диод для обратного напряжения изображают, например, в виде параллельного соединения активного сопротивления R в несколько килоом и общей емкости диода C в 0,3 – 1 пФ (рис.6.15,б). В случае подачи на диод управляющего положительного смещения в 1 – 2 вольта сопротивление базы падает, поскольку база наполняется свободными носителями тока – дырками из p-области и электронами из n-области. Отрицательная полуволна СВЧ колебания не успевает вытянуть из базы диода пространственный заряд. Эквивалентная схема открытого p-i-n диода имеет вид последовательного соединения активного сопротивления r в несколько ом и небольшой индуктивности выводов L (рис.6.15,в).

Время включения p-i-n диода составляет 0,1–1 мкс, выключения – в несколько раз больше. Коммутационные p-i-n диоды позволяют управлять прохождением в тракте СВЧ импульсной мощности до 100 кВт при средней мощности до 1 кВт.

l

Рис.6.17. Фазовращатели с электрическим управлением:

а – на базе циркулятора; б – на базе моста

Примеры включения в тракт p-i-n диодов приведены на рис.6.16. На нем изображен поверхностно-ориентированный диод для полосковой линии (рис.6.16,а) и сдвоенный диод в резонансной диафрагме для размещения в прямоугольном волноводе (рис.6.16,б).

Примеры ступенчатых проходных фазовращателей с электрическим управлением приведены на рис.6.17. Они представляют собой комбинацию циркулятора (рис.6.17,а) или моста (рис.6.17,б) и короткозамкнутых отрезков волноводов, в которых размещены один или несколько p-i-n диодов. Если на диоды подано запирающее напряжение, их сопротивления довольно большие и фазовая задержка сигнала определяется геометрической длиной короткозамкнутых отрезков волноводов. В случае подачи отпирающего напряжения сопротивление диодов падает, и изменение фазовой задержки определяется геометрической длиной l отрезка волновода, который отсекает диод ( φ = 4πl / Λ ).

studfiles.net

Фазовращатель - это... Что такое Фазовращатель?

  • фазовращатель — фазовращатель …   Орфографический словарь-справочник

  • ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ — устройство, осуществляющее поворот фазы электрич. сигнала. Широко используется в разл. радиотехн. устройствах антенной технике, технике связи, радиоастрономии, измерит. технике и др. (см. также Антенна, Радиоприёмные устройства, Радиопередающие… …   Физическая энциклопедия

  • фазовращатель — гиратор Словарь русских синонимов. фазовращатель сущ., кол во синонимов: 1 • гиратор (2) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин …   Словарь синонимов

  • фазовращатель — Часть вихретокового прибора, которая поворачивает изображение комплексной плоскости [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.] фазовращатель… …   Справочник технического переводчика

  • ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ — устройство для изменения фазы электрических колебаний. Применяется в автоматике, преобразовательной, измерительной и сверхвысокочастотной технике. Конструкция фазовращателя зависит от диапазона рабочих частот, пределов изменения фазы и точности… …   Большой Энциклопедический словарь

  • Фазовращатель —         устройство автоматики, преобразовательной и измерительной техники, служащее для изменения фазы электромагнитных колебаний. Конструкция Ф. зависит от диапазона частот, для которого он предназначен, пределов изменения фазы и точности её… …   Большая советская энциклопедия

  • фазовращатель — я; м. Устройство для изменения фазы электрических колебаний. * * * фазовращатель устройство для изменения фазы электрических колебаний. Применяется в автоматике, преобразовательной, измерительной и СВЧ технике. Конструкция фазовращателя зависит… …   Энциклопедический словарь

  • фазовращатель — fazės keitiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. phase changer; phase converter; phase shifter; phase shifting device vok. Phasendreher, m; Phasenschieber, m; Phasenumformer, m rus. фазовращатель, m; фазовый преобразователь, m;… …   Automatikos terminų žodynas

  • фазовращатель — fazės keitiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas, keičiantis išėjimo signalo fazę įėjimo signalo fazės atžvilgiu. atitikmenys: angl. phase changer; phase converter; phase shifter vok. Phasenschieber, m;… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • фазовращатель — fazės keitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. phase changer; phase converter; phase shifter vok. Phasendreher, m; Phasenschieber, m; Phasenumformer, m rus. преобразователь фазы, m; фазовращатель, m; фазопреобразователь, m pranc.… …   Fizikos terminų žodynas

dic.academic.ru


Смотрите также

Возврат к списку