Фазы газораспределения и зажигание

Представление о четырёх аккуратных ходах по 180°, когда клапаны точно открываются и закрываются в ВМТ и НМТ, — это упрощение. В настоящих двигателях клапаны открываются и закрываются на несколько десятков градусов раньше или позже, потому что воздух и выхлопные газы обладают инерцией: начав двигаться, они продолжают двигаться, а клапан, который ждал бы поршень, напрасно мешал бы этому потоку.

В списке ниже указаны типичные номинальные значения для обычного бензинового двигателя. В настоящих двигателях значения сильно различаются, а в спортивных двигателях используются более экстремальные фазы.

• Впускной клапан открывается (IVO): примерно на 10° до ВМТ
• Впускной клапан закрывается (IVC): примерно на 40° после НМТ
• Выпускной клапан открывается (EVO): примерно на 40° до НМТ
• Выпускной клапан закрывается (EVC): примерно на 10° после ВМТ

Из этого следуют две вещи. Во-первых, каждый клапан остаётся открытым примерно на 230°, а не на 180°. Во-вторых, в районе ВМТ в конце выпуска и начале впуска оба клапана одновременно открыты примерно на 20° в этом примере. Это называется перекрытием клапанов. На высокой скорости быстро движущиеся выхлопные газы могут помогать втягивать за собой свежий воздух. На холостом ходу перекрытие позволяет части выхлопных газов попасть обратно во впуск, поэтому очень «неровный» холостой ход связан с большим перекрытием.

То, что впускной клапан закрывается после НМТ, кажется странным, ведь поршень уже движется вверх. Но при умеренной и высокой скорости поступающий воздух движется так быстро, что ещё некоторое время продолжает заполнять цилиндр после того, как поршень развернулся. Выпускной клапан открывается до НМТ, потому что в конце рабочего хода газ всё ещё находится под высоким давлением; если выпустить его раньше, поднимающемуся поршню приходится преодолевать меньше давления.

В современных двигателях часто используется изменяемая фаза газораспределения, которая сдвигает эти углы в зависимости от скорости и нагрузки. Фиксированные фазы всегда являются компромиссом между плавностью работы на низкой скорости и мощностью на высокой.

Теперь — искра. Многие думают, что она возникает точно в ВМТ. Но это не так: искра возникает до ВМТ — на угол, который называется опережением зажигания. Обычно он составляет примерно от 10° до 40° до ВМТ и зависит от скорости и нагрузки.

Причина в том, что горение происходит не мгновенно. После появления искры пламя должно распространиться по смеси, а на это требуется несколько миллисекунд. Лучший результат получается, когда давление достигает пика немного после ВМТ, обычно в районе от 10° до 15° после ВМТ, чтобы поршень начал получать толчок как раз в момент начала движения вниз. Если бы искра возникала в ВМТ, пик давления наступал бы, когда поршень уже опустился достаточно низко, и энергия тратилась бы впустую.

Поскольку задержка измеряется временем, а не углом, более быстрым двигателям нужно большее опережение. При 6 000 об/мин коленчатый вал поворачивается на 36 000° в секунду, то есть на 36° за миллисекунду; задержка в 1 мс соответствует повороту коленчатого вала на 36°. При 1 500 об/мин та же миллисекунда соответствует всего 9°.