В колонках играет - няма музла в колонах
Настроение сейчас - be cool

В конечном итоге и мощность, и крутящий момент, и расход топлива, и даже токсичность двигателя зависят от распределительного вала. Именно он, а если быть совсем точными, то форма его кулачков определяет, каким будет газораспределение в двигателе или, что одно и то же, насколько эффективно цилиндры мотора будут очищаться от продуктов сгорания и наполняться горючей смесью.


Но вот проблема - нельзя создать кулачки распредвала с профилем, который бы обеспечивал наилучшие мощностные и экономические характеристики двигателя на всех режимах его работы. Добиться такого можно лишь в узком диапазоне оборотов, но при этом - ценой ухудшения показателей на всех остальных рабочих режимах. Почему? Давайте для примера посмотрим, как происходит газообмен при высоких частотах вращения. Промежуток времени, в течение которого клапана открыты, сокращается. Это значит, что для лучшего удаления из цилиндра отработанных газов и его наполнения горючей смесью клапана должны раньше открываться и закрываться позднее. Но на низких оборотах двигателя за такое газораспределение придется расплачиваться. Мощность уменьшится, потому что через преждевременно открытый выпускной клапан цилиндр покинут отработанные газы, имевшие высокое, нерастраченное на полезную работу давление, а расхода топлива увеличится, так как вслед за этими газами по причине позднего закрытия клапана из цилиндра будет выдавлена часть свежей смеси. Ключ к решению проблемы - управление газораспределением таким образом, чтобы моменты открытия и закрытия клапанов точно соответствовали скоростному режиму двигателя.


Первый шаг был сделан в 1983 году мотористами компании Alfa Romeo, предложившими механизм, изменяющий угловое положение распредвала, управляющего впускными клапанами. Позднее такой же принцип был использован конструкторами компаний Mercedes-Benz, Nissan и BMW. Другой подход к делу продемонстрировала Honda, разработавшая систему, управляющую не только моментами открытия-закрытия, но изменяющую также ход клапанов.


КАЖДОМУ РЕЖИМУ СВОЙ КУЛАЧОК


Система Honda Variable Valve Timing and Lift Electronic Control, она же - хорошо известный почитателям японской марки VTEC, появилась в 1990 году на автомобилях Civic и CRX. Мотористы Honda разделили все режимы работы двигателя на две группы - с низкими и высокими оборотами, и предложили в зависимости от диапазона оборотов, с которыми работает силовой агрегат, обслуживать каждый клапан одним из двух кулачков с различным профилем.


В системе VTEC непосредственно на толкатель клапана действует кулачок низкочастотной группы. Именно он и обеспечивает экономичность двигателя в зоне до 5300 об/мин, а также благоприятную для этого режима работы характеристику развития крутящего момента. При дальнейшем увеличении оборотов работающий до этого вхолостую толкатель, расположенный под высокочастотным кулачком, с помощью внутреннего поршенька блокируется с низкочастотным толкателем. И теперь "командовать парадом" уже начинает кулачок со "спортивным" профилем, обеспечивающим большую высоту подъема клапанов и, как следствие, улучшение наполнения цилиндров и резкое увеличение мощности. Это напоминает смену прямо на ходу одного мотора - в меру спокойного и экономно расходующего топливо - другим, гарантирующим мощное ускорение.


Компания Honda сразу же предложила две разновидности VTEC, устанавливавшихся на 1,6-литровый двигатель. В первой, с одним верхним распредвалом, изменялось только газораспределение восьми впускных клапанов. Мотор с таким VTEC развивал максимальную мощность 126 л.с. при 6500 об/мин и достигал пика крутящего момента 144 Нм при 5200 об/мин, причем на 90% максимального крутящего момента этот двигатель выходил уже при 1800 об/мин. При том, что модели Civic 1,6VTEC требовалось для разгона до 100 км/ч менее 10 секунд, а ее "максималка" превышала 195 км/ч, средний расход топлива этим автомобилем составлял 7,7 л/100 км.


Второй разновидностью VTEC оснащался двигатель с двумя верхними распредвалами (модификации Civic и CRX с этим мотором имели обозначение VTi). Здесь регулируемыми являлись ход и время открытия всех клапанов - и впускных, и выпускных. В результате максимальная мощность этого силового агрегата составляла 160 л.с. при 7600 об/мин, максимальный крутящий момент - 150 Нм при 7000 об/мин, 90% максимального крутящего момента достигались при 2100 об/мин. Вот параметры Honda CRX VTi: разгон до 100 км/ч за 8,2 с, максимальная скорость 220 км/ч, средний условный расход топлива 7,6 л/100 км.


VTEC дважды модернизировался, и сегодня известно уже третье поколение этой системы, отличительная особенность которой от предшественниц состоит в том, что она различает не два скоростных режима, как прежде, а подбирает фазы газораспределения и величину открытия клапанов для трех режимов работы двигателя. Опять-таки в арсенале Honda имеется несколько разновидностей VTEC, например такая, где на низких оборотах один из двух впускных клапанов не открывается вовсе.


VANOS, DOUBLE VANOS И VALVETRONIC


Двигатели Honda VTEC, как, кстати, и имеющие похожее устройство моторы MiVEC компании Mitsubishi, предлагают ступенчатое управление клапанами, а значит, далеко не оптимальное газораспределение. Если же регулировать газообмен в двигателе с помощью изменения угла расположения распредвала, то появляется возможность плавного управления работой мотора на всех скоростных и нагрузочных режимах. Ставку на такие системы сделала компания BMW.


Для баварского концерна "сдвиг по фазе" начался в 1993 году, когда под капотом BMW 3-й серии появилась рядная "шестерка" объемом 3 л мощностью 193 л.с. В этом двигателе работой газораспределительного механизма управляла система VANOS, поворачивавшая распредвал впускных клапанов на определенный угол относительно начального положения и изменявшая тем самым моменты открытия и закрытия этих клапанов в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель. Крутящий момент этого мотора достигал максимума в 280 Нм при 3950 об/мин, при этом 90% крутящего момента поддерживались в диапазоне от 2200 до 5400 об/мин. Но главное, двигатель с системой VANOS отличался не только характерным для BMW горячим норовом, но и умеренным аппетитом на топливо. В среднем 8,5 л бензина на 100 км пробега - достойный показатель, если учесть массу автомобиля, объем и мощность двигателя.


Для модели BMW M3 была разработана более сложная разновидность системы, получившая название Double VANOS. Здесь возможность поворачиваться приобрел не только распредвал, управляющий впускными клапанами, но и распредвал выпускных клапанов, причем если угол поворота первого составлял 62 градуса, то второй мог поворачиваться на 40 градусов, а по времени процесс, при котором распредвалы занимали наиболее выгодное положение, растягивался не более чем на четверть секунды. Опять-таки впечатляла экономичность, обеспечивавшаяся системой управления фазами газораспределения. 3,2-литровый двигатель BMW M3 Double VANOS вырабатывал максимальную мощность 321 л.с., но его средний расход топлива не превышал 8,8 л/100 км.


Однако, несмотря на то, что система Double VANOS способна с большим приближением к идеалу обеспечивать эффективное газораспределение на многих режимах работы двигателя, ее потенциал также ограничен. В частности, на режимах малых нагрузок и низких оборотов коленчатого вала количество воздуха, попадающего в цилиндры, определяет положение дроссельной заслонки. И чем больше эта заслонка прикрыта, тем меньше возможностей остается у Double VANOS воздействовать на работу двигателя.


Чтобы исключить негативное влияние дроссельной заслонки, конструкторы BMW разработали систему Valvetronic, которая управляет не фазами газораспределения, а высотой подъема впускных клапанов. Механическая часть Valvetronic состоит из дополнительного поворачивающегося вала в головке цилиндров, который способен ограничивать ход клапанов, выбирая высоту их подъема в зависимости от режима работы двигателя. Любопытно, что система Valvetronic превращает дроссельную заслонку в совершенно ненужный элемент. Если компания BMW еще сохранила эту деталь на своих двигателях, оснащенных Valvetronic, то только для страховки на случай отказа системы управления ходом клапанов. Одна беда: и Valvetronic, и Double VANOS - дорогое удовольствие. Стоимость этих систем составляет десятую часть от стоимости всего двигателя.


НО ЧТО В ПЕРСПЕКТИВЕ?


Специалисты сходятся во мнении, что совместно работающие в одном моторе системы Double VANOS и Valvetronic - это практически предел усовершенствования традиционного распредвального газораспределения. Дальнейшее увеличение эффективности газообмена в двигателе вряд ли возможно, если… Если только не поставить окончательный крест на распредвале и не отправить его за ненадобностью в музей автомобильной истории. Но что можно предложить взамен? А уже предложили - та же компания BMW проводит испытания двигателей с электромагнитным приводом клапанов. При таком способе управления открывают клапана не кулачки, а индивидуальные для каждого клапана электромагниты. Причем эти электромагниты поднимают клапана на точно заданную процессором высоту всего за какие-нибудь тысячные доли секунды, а затем быстро, но без ударов, вызывающих появление микротрещин и износ фаски клапана и его седла в головке цилиндров обычного двигателя, опускают их на место. Плюс появляются перспективы для экономии топлива на режимах частичных нагрузок путем полного отключения некоторых цилиндров, превращая мотор из, например, 8-цилиндрового в 6- или 4-цилиндровый. Или проводить аналогичные операции с клапанами, и тогда 16-клапанный двигатель получит возможность при необходимости становиться 12- или даже 8-клапанным. Такие перспективы сулят многое, и мимо них инженеры уж точно не пройдут.