Сторонники старых автомобилей нередко говорят, что современные двигатели уже не такие надёжные и простые, как раньше. По их мнению, стремление производителей повысить мощность, снизить расход топлива и уложиться в экологические нормы привело к сильному усложнению моторов. Из-за этого, как считают многие, поломки стали случаться чаще, а ремонт в обычном гараже практически невозможен.
Но действительно ли всё настолько плохо? Современные технологии не только усложнили двигатель, но и сделали его заметно эффективнее. Один из ярких примеров — система изменения фаз газораспределения. Именно она стала одним из первых серьёзных шагов к более сложным, но при этом более экономичным, мощным и экологичным ДВС.
От первых решений к современным системам
История VVT, то есть Variable Valve Timing — системы регулируемого газораспределения, не имеет одной единственной точки отсчёта. В разных источниках можно встретить разные версии того, когда именно появилась эта технология. Однако с уверенностью можно сказать, что её ранние прообразы в автомобилестроении начали появляться ещё в начале XX века. При этом на паровых двигателях механизмы, меняющие продолжительность открытия клапанов, использовались ещё раньше.
Одним из первых автомобильных примеров считается Cadillac Runabout/Tonneau 1903 года. В его двигателе применялся впускной клапан с изменяемой высотой подъёма, разработанный Алансоном Партриджем Брашем. Патентная заявка на эту конструкцию была подана 3 августа 1903 года, а сам патент был выдан 16 августа 1904 года. Поэтому называть систему изменения фаз исключительно современной разработкой не совсем правильно: её идея имеет очень глубокие исторические корни.
Позже значительный вклад в развитие этой технологии внесла Honda. Инженеры компании серьёзно доработали принцип работы системы и представили свою знаменитую технологию VTEC — Variable Valve Timing & Lift Electronic Control. Она позволяла управлять не только фазами газораспределения, но и подъёмом клапанов при помощи электроники. После этого стало очевидно, что подобные системы прочно закрепятся в автомобильной индустрии.
Сегодня практически все крупные автопроизводители используют системы изменения фаз газораспределения в том или ином виде. Названия у них разные, а принцип работы может отличаться в деталях, но задачи у всех похожи.
Например, у Subaru используется система AVCS, у Nissan — CVVTCS, у Hyundai, Kia и Volvo — CVVT. Ford применяет Ti-VCT, а BMW использует технологии VANOS и Valvetronic. Первая отвечает за изменение моментов открытия и закрытия клапанов, а вторая управляет высотой подъёма впускных клапанов.
Как работает система изменения фаз газораспределения
Если объяснять простыми словами, современная система изменения фаз газораспределения включает два основных направления работы. Первое связано с изменением момента открытия и закрытия клапанов. Второе — с регулировкой высоты их подъёма. У разных производителей эти функции могут быть объединены в одну систему или представлены как отдельные технологии.
Главный элемент такой системы — фазорегулятор, который также часто называют фазовращателем. Несмотря на название, он не «вращает фазы», а именно изменяет положение распределительного вала относительно привода ГРМ. Конструктивно фазорегулятор состоит из ротора, соединённого с распределительным валом, и внешнего корпуса, связанного с цепью или ремнём привода ГРМ.
В обычном режиме эти элементы вращаются синхронно, как в двигателях с фиксированными фазами газораспределения. Но когда блок управления подаёт сигнал на соленоидный клапан, масло под давлением поступает во внутренние полости фазорегулятора. За счёт этого ротор и корпус немного смещаются относительно друг друга. В результате распределительный вал может открывать и закрывать клапаны раньше или позже — в зависимости от оборотов двигателя, нагрузки и других условий.
Такой принцип даёт двигателю важное преимущество. На низких оборотах мотору не требуется большое количество воздуха и топлива, поэтому система может раньше закрывать клапаны. Это помогает снизить потери на впуске и уменьшить количество вредных выбросов.
Есть и другой режим работы. При более позднем закрытии впускных клапанов часть топливно-воздушной смеси может возвращаться обратно во впускной коллектор до момента воспламенения. Таким образом система помогает точнее контролировать объём смеси, поступающей в камеру сгорания, и снижать уровень выбросов.
Кроме того, VVT может раньше открывать впускные клапаны. В этом случае часть отработавших газов возвращается во впускной тракт, что позволяет регулировать температуру в камере сгорания. По сути, в некоторых режимах такая система частично выполняет функцию EGR, даже если отдельного клапана рециркуляции отработавших газов в конструкции нет.
Системы с изменяемым подъёмом клапанов работают немного иначе. Они используют кулачки разного профиля и позволяют менять количество воздуха и топлива, поступающих в цилиндры. На низких оборотах это помогает экономить топливо, а на высоких — обеспечить лучшую наполняемость цилиндров и повысить отдачу двигателя.
Конечно, это лишь общее описание работы системы. На практике у каждого производителя есть свои технические решения, настройки и особенности конструкции. Но общий смысл остаётся одинаковым: двигатель получает возможность эффективнее работать в разных режимах.
Системы VVT могут устанавливаться только на один распределительный вал, обычно впускной. Также существуют варианты Dual VVT или DVVT, где регулировка выполняется сразу на впускном и выпускном валах.
Дополнительные возможности VVT
В некоторых двигателях, особенно с высокой степенью сжатия, позднее закрытие впускных клапанов используется для более точного контроля процесса сжатия топливно-воздушной смеси. Такой подход часто применяется при разработке современных турбированных моторов.
Позднее закрытие впускного клапана помогает снизить эффективную степень сжатия. Это уменьшает риск детонации и позволяет использовать топливо с более подходящим октановым числом. В результате двигатель может работать экономичнее, а эксплуатационные расходы для владельца становятся ниже.
В гибридных автомобилях и моторах с системой отключения цилиндров VVT также может использоваться для дополнительных задач. Например, при определённых режимах работы можно отключать открытие выпускного клапана. Это помогает не допустить попадания отработавших газов обратно в цилиндр и снизить насосные потери.
В турбированных двигателях и моторах с механическим нагнетателем изменение фаз впуска и выпуска позволяет лучше согласовать работу клапанов с системой наддува. Это улучшает наполнение цилиндров, помогает эффективнее продувать камеру сгорания и повышает общую производительность двигателя.
Преимущества системы изменения фаз газораспределения
Одно из главных преимуществ VVT — возможность сделать двигатель более мощным и эластичным. Система помогает увеличить крутящий момент на низких оборотах и улучшить мощностные характеристики на высоких.
Не менее важный плюс — экономия топлива. Благодаря точному управлению фазами впуска и выпуска двигатель эффективнее сжигает топливно-воздушную смесь. Это снижает насосные потери, повышает тепловой КПД и помогает уменьшить расход топлива, особенно при спокойной езде и движении с постоянной скоростью.
Ещё одно преимущество — снижение вредных выбросов. За счёт более полного сгорания топлива уменьшается количество несгоревших углеводородов, угарного газа и оксидов азота.
Также система положительно влияет на плавность работы двигателя. Правильная синхронизация открытия и закрытия клапанов помогает снизить вибрации, улучшить стабильность холостого хода и сделать работу мотора тише. Всё это повышает комфорт водителя и пассажиров.
Кроме того, автомобиль с двигателем, оснащённым VVT, обычно лучше реагирует на нажатие педали газа. Разгон становится более ровным, отклик — более понятным, а общее впечатление от управления автомобилем — приятнее.
Недостатки и возможные проблемы
Несмотря на все преимущества, у системы изменения фаз газораспределения есть и минусы. Главный из них — сложность конструкции. В её работе участвуют механические, гидравлические и электронные элементы. По сравнению с классическим двигателем с фиксированными фазами такая система заметно сложнее.
Чем сложнее конструкция, тем выше вероятность неисправностей. Кроме того, диагностика таких проблем обычно требует опыта, оборудования и понимания принципов работы конкретной системы. Поэтому обслуживание и ремонт моторов с VVT часто обходятся дороже.
Первоначальная стоимость двигателя с такой технологией также выше. Производителю приходится использовать больше компонентов, более точную механику и сложное электронное управление.
Отдельно стоит сказать о моторном масле. Для системы изменения фаз газораспределения оно имеет огромное значение. Фазорегуляторы работают за счёт давления масла, поэтому смазка должна быть чистой и соответствовать требованиям производителя. Загрязнения, шлам, нагар и лаковые отложения могут забивать каналы и соленоиды, вызывая сбои в работе системы.
Низкий уровень масла или неподходящая вязкость тоже способны привести к неправильной работе VVT. В результате двигатель может терять мощность, работать нестабильно или выдавать ошибки. Поэтому для таких моторов особенно важно соблюдать регламент обслуживания и не экономить на качестве масла.
Итоги
Система изменения фаз газораспределения стала важным шагом в развитии двигателей внутреннего сгорания. Благодаря ей современные моторы могут быть одновременно мощными, экономичными и более экологичными. Именно такие технологии позволяют обычным гражданским автомобилям разгоняться быстрее старых спорткаров, а крупным внедорожникам расходовать топливо на уровне машин прошлого поколения.
Конечно, за эти преимущества пришлось заплатить усложнением конструкции и повышенными требованиями к обслуживанию. Но при правильном уходе система VVT способна долго и эффективно работать, улучшая характеристики двигателя и снижая расход топлива.
Поэтому систему изменения фаз газораспределения нельзя считать просто лишним усложнением. Это технология, которая действительно помогает современным двигателям работать лучше. Главное — понимать её особенности, своевременно обслуживать автомобиль и использовать качественные расходные материалы.
