Фазы газораспределения четырёхтактных двигателей

Фазы газораспределения определяют, в какой момент относительно мёртвых точек открываются и закрываются впускной и выпускной клапаны. Классический цикл четырёхтактного двигателя не совпадает со строгими границами тактов: клапаны работают со смещением относительно ВМТ и НМТ, и именно это смещение задаёт наполнение цилиндра, очистку от продуктов сгорания и устойчивость крутящего момента на разных оборотах.

Углы открытия клапанов

Выпускной клапан начинает открываться ещё в конце такта расширения — с опережением относительно НМТ на угол примерно 30–75°. Закрывается он после ВМТ, когда поршень уже движется в такте наполнения. Впускной клапан тоже сдвинут: открывается до ВМТ с опережением, закрывается после НМТ с запаздыванием, в начале такта сжатия. Благодаря этому:

• часть газов успевает выйти за счёт собственного давления;
• впуск начинается заранее, используя инерцию потока;
• закрытие с запаздыванием позволяет догнать в цилиндр остаток заряда.

Около ВМТ оба клапана открыты одновременно — возникает перекрытие клапанов. У поршневых моторов оно невелико, а общая продолжительность процессов газообмена составляет 400–520° поворота коленвала; у высокооборотных двигателей этот интервал больше.

Периоды газообмена

Газообмен принято делить на участки, ориентируясь на направление потока, скорость в клапанной щели и движение поршня:

В начале выпуска давление в цилиндре выше, чем в выпускном патрубке, поэтому газы вытекают сами — это и есть свободный выпуск. Далее поршень вытесняет остатки, и скорость падает до значений принудительного выпуска. В момент, когда открывается впускной клапан, давление в цилиндре всё ещё выше давления во впускном трубопроводе, поэтому часть продуктов сгорания на короткое время уходит обратно во впуск — так называемый заброс, из-за которого фактическое наполнение стартует с запаздыванием. После НМТ давление внутри цилиндра какое-то время остаётся ниже давления перед впускным клапаном, несмотря на сжатие объёма, — заряд продолжает поступать, вступает в работу дозарядка.

Почему фазы важны на практике

Запаздывание или ускорение фаз (износ шестерни, растяжение цепи, неверная метка, неправильно собранный распредвал) прямо меняют картину газообмена. Слишком раннее закрытие впускного клапана уменьшает наполнение на высоких оборотах, слишком позднее — «сдувает» заряд на низах. Сбитое перекрытие ведёт к выбросу смеси во впуск или к неполной очистке, отсюда падение мощности, рост расхода, неустойчивый холостой ход и увеличение токсичности. Низкое давление заряда в конце сжатия, вызванное засорением фильтра, закоксовкой клапанов, потерей плотности колец или сбитыми фазами, ухудшает сгорание в целом.