Статор, ротор и масло: как VVT меняет характер двигателя ( 7 фото )

Современные двигатели часто критикуют за чрезмерную сложность. Многие считают, что в погоне за мощностью и экологичностью инженеры создали ненадежные агрегаты, которые невозможно отремонтировать в обычном гараже. Однако не все нововведения несут лишь проблемы. Одной из первых технологий, которая, усложнив конструкцию, открыла новые горизонты для повышения эффективности, стала система изменения фаз газораспределения.

От паровых машин до современного мотора

История VVT (Variable Valve Timing) не имеет единственной точки отсчета. Прототипы механизмов, меняющих продолжительность открытия клапанов, встречались еще на паровых двигателях в XIX веке. В автомобилестроении первые шаги были сделаны более ста лет назад. В 1903 году на Cadillac Runabout/Tonneau применили впускной клапан с изменяемой высотой подъема, разработанный Алансоном Партриджем Брашем. Патент на это изобретение был получен в 1904 году.

Активное внедрение и развитие VVT началось в конце 1970-х — начале 1980-х годов. Пионерами в этой области стали компании Alfa Romeo и Nissan. Первым серийным автомобилем, оснащенным такой системой, стал Alfa Romeo Spider 2000, выпущенный в 1980 году.

Следом за ними в гонку включилась Honda. Ее инженеры создали знаменитую систему VTEC, которая управляла не только фазами, но и высотой подъема клапанов. С этого момента технология стала стремительно распространяться по всему миру.

Фото: autowp.ru

Сегодня практически каждый автопроизводитель использует VVT в том или ином виде. Несмотря на разные названия, принципы работы схожи:

Subaru — система активного управления клапанами (AVCS).

Nissan — система непрерывного изменения фаз газораспределения (CVVTCS).

Hyundai, Kia, Volvo — система непрерывного изменения фаз газораспределения (CVVT).

Ford — система независимого изменения фаз газораспределения (Ti-VCT).

BMW — Valvetronic (управление высотой подъема впускного клапана) и VANOS (регулировка моментов открытия и закрытия).

Регулировка по времени и высоте

Современная VVT — это совокупность двух механизмов. Первый отвечает за время открытия и закрытия клапанов, второй — за высоту их подъема. В маркетинговых целях их могут разделять на два разных названия (как у BMW) или объединять в одно (как у Honda).

Фото: BMW

Ключевой элемент системы — фазорегулятор (или фазовращатель). Он состоит из двух основных частей: внутреннего ротора, жестко закрепленного на распределительном валу, и внешнего статора (корпуса), который приводится в движение цепью или ремнем ГРМ.

В обычных режимах ротор и статор вращаются синхронно. Когда блок управления подает сигнал на соленоидный клапан, под давлением масла, поступающего в специальные полости фазорегулятора, ротор начинает поворачиваться относительно статора. Это смещает распределительный вал, заставляя клапаны открываться и закрываться раньше или позже в зависимости от оборотов двигателя.

На низких оборотах двигателю не нужно много топливно-воздушной смеси. VVT закрывает впускные клапаны раньше, уменьшая объем всасываемого воздуха и снижая насосные потери и выбросы.

Фото: BMW

Позднее закрытие впускных клапанов заставляет поршень выталкивать часть смеси обратно во впускной коллектор. Это еще один способ контролировать количество горючей смеси в камере сгорания и снижать токсичность выхлопа.

Раннее открытие впускных клапанов позволяет части выхлопных газов попадать обратно во впускной коллектор. Это помогает контролировать температуру в камере сгорания и дополнительно снижает выбросы оксидов азота. Таким образом, VVT может частично выполнять функцию системы рециркуляции отработавших газов (EGR).

Фото: Михаил Баландин

В системах с изменяемым профилем кулачков используются распредвалы с кулачками разной формы. По сигналу ЭБУ переключается профиль, что позволяет на низких оборотах экономить топливо, а на высоких — максимально увеличивать подачу воздуха и мощности. Это дает возможность оптимизировать работу двигателя в любом диапазоне.

VVT может быть установлена только на впускном валу (регулировка только впуска) или на обоих валах — впускном и выпускном (Dual VVT или DVVT).

Дополнительные возможности и нюансы

В двигателях с высокой степенью сжатия стратегия позднего закрытия впускных клапанов позволяет поршню дольше сжимать смесь. Это снижает эффективную степень сжатия, предотвращает детонацию и позволяет использовать топливо с более низким октановым числом. Данный подход активно применяется в современных турбомоторах.

В гибридных установках или двигателях с деактивацией цилиндров VVT может полностью отключать открытие выпускного клапана. Это предотвращает попадание выхлопных газов в неработающий цилиндр, который в противном случае работал бы как «воздушный насос», создавая лишние потери.

В моторах с турбонаддувом или механическим нагнетателем фазы газораспределения оптимизируются для совместной работы с системами принудительного наддува. Это позволяет эффективно управлять продувкой цилиндров и подачей топлива, повышая производительность.

Фото: TTTNIS, wikipedia.org

Обратная сторона медали

Главное преимущество VVT — способность двигателя выдавать больше мощности и крутящего момента в широком диапазоне оборотов. Система увеличивает тягу на низах и мощность на верхах.

Второе важнейшее достоинство — топливная экономичность. Синхронизируя работу клапанов, VVT снижает насосные потери, повышает тепловой КПД и уменьшает расход топлива, особенно при малых нагрузках и в крейсерском режиме.

Закономерным следствием является снижение вредных выбросов, включая угарный газ и оксиды азота.

Фото: luckyraccoon, depositphotos.com

Двигатели с VVT работают плавнее и тише. Оптимизация синхронизации клапанов снижает вибрацию и повышает стабильность холостого хода. Это положительно сказывается на общем ресурсе силового агрегата.

Автомобили с VVT обеспечивают более отзывчивый газ, плавное ускорение и лучший акустический комфорт.

Однако у медали есть и обратная сторона. Система изменения фаз газораспределения — технически сложный узел, объединяющий механику, гидравлику и электронику. Это повышает вероятность неисправностей и усложняет диагностику.

Сложность напрямую влияет на стоимость обслуживания и ремонта. Требуются квалифицированные специалисты и качественные запчасти, что увеличивает затраты. Изначальная цена двигателя с VVT также выше.

Самое главное — VVT предъявляет повышенные требования к моторному маслу. Оно должно быть чистым и строго соответствовать спецификации производителя. Работа фазорегуляторов напрямую зависит от давления масла. Отложения, шлам и нагар забивают каналы соленоидов, что приводит к сбоям в работе всей системы и двигателя в целом.

Фото: Voyagerix, depositphotos.com

Низкий уровень масла или использование несоответствующей по вязкости жидкости также приведут к нестабильной работе VVT и снижению производительности.

Система изменения фаз газораспределения — это большой шаг вперед. Благодаря ей современные гражданские автомобили могут быть быстрее спорткаров прошлого, а большие внедорожники расходуют топлива не больше, чем легковушки 20-летней давности. Расплата за эти достижения — усложнение конструкции и потенциально более высокие риски отказов. Но для тех, кто ценит динамику и экономичность, это оправданная плата.

Стоит ли опасаться сложности современных двигателей с VVT?