Системы управления фазами газораспределения

Зачем менять фазы газораспределения

Задача механизма газораспределения — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От того, насколько грамотно подобраны фазы газораспределения, зависит экономичность мотора, мощность и развиваемый момент.

Качество работы двигателя — его КПД, мощность, крутящий момент и экономичность зависят от многих факторов, в том числе и от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (то есть ширину фаз), а также величину хода клапанов.

В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

Так, например, для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить столь непростую задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими. При этом для лучшей продувки цилиндров фазу перекрытия обычно делают тем шире, чем выше обороты.

Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным. Вот так задачка!

Но конструкторы такие задачи уже давно щёлкают как семечки и способны при помощи сдвига и изменения ширины фаз газораспределения менять характеристики двигателя до неузнаваемости. Поднять момент? Пожалуйста. Повысить мощность? Не вопрос. Снизить расход? Не проблема. Правда, подчас получается так, что при улучшении одних показателей приходится жертвовать другими.

А что если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Запросто. Благо способов для этого придумана масса. Один из них — применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. Наиболее часто такая система устанавливается на впуске. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Но неуёмные инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами. Например, в тойотовской системе после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

Изменять момент и продолжительность открытия — это замечательно. А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм (ГРМ).

Чем вредна заслонка? Она ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних оборотах. Ведь во впускном тракте под прикрытым дросселем при работе двигателя создаётся сильное разрежение. К чему оно приводит? К большой инертности разреженной газовой среды (топливовоздушной смеси), ухудшению качества наполнения цилиндра свежим зарядом, снижению отдачи и уменьшению скорости отклика на нажатие педали газа.

Поэтому идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое для достижения нужного наполнения цилиндра горючей смесью. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. По разным данным, экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах %. Но и это не последний рубеж.

Несмотря на то что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать ещё выше. За счёт чего? За счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод здесь сдаёт позиции электромагнитному.

В чём ещё плюс электромагнитного привода? В том, что закон (ускорение в каждый момент времени) подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Зачем? В целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Да что режимы — прямо во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный. Интересно, скоро ли появятся такие системы на конвейере?

Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива. Но это — уже совсем другой разговор.

Современные системы управления фазами ГРМ

Фаза газораспределения непосредственно определяет эффективность работы двигателя внутреннего сгорания. Фаза ГРМ означает своевременное открытие и закрытие клапанов, а также время клапанов в открытом состоянии.

До момента появления фазовращателей, на всех моторах кулачок распределительного вала непосредственно воздействовал на клапан, и определял время открытия клапанов, время, при котором клапан открыт, а также высоту подъема клапана. Отмечу, что движение топливовоздушной смеси и отработанных газов отличается в зависимости от типа режима работы мотора. Этот параметр определяет эффективность работы двигателя.

При наличии фиксированной фазы газораспределительного механизма, перед конструкторами силовых агрегатов стоит серьезная задача — сделать двигатель таким образом, чтобы в режиме минимальных и средних оборотов сохранялся крутящий момент ближе к пиковому значению, а при достижении максимальных оборотов, полка крутящего момента не упала резко. Ко всему прочему, нужно сохранить эластичность в переходных режимах, а также стабильный холостой ход. Фиксированная фаза не дает возможность охватить все режимы работы двигателя с одинаковой эффективностью, поэтому была придумана система изменения фаз ГРМ.

Система регулировки фаз позволяет в динамическом режиме изменять значения фаз, в зависимости от степени нагрузки двигателя и оборотов. Тем самым, распределительные валы смещаются в фазах, а полка крутящего момента выравнивается. Благодаря фазовращателям можно на ходу корректировать время открытия и закрытия клапанов, время перекрытия, высота подъема клапанов. Фазы газораспределения управляют моментом тактов двигателя, смещая момент фазы в ту, или иную сторону.

Что дает фазовращатель

Максимальная величина КПД на атмосферных моторах во многом зависит от фаз ГРМ. Например: в режиме холостого хода требуется максимально узкая фаза, которая означает более позднее открытие впускного или максимально раннее открытие выпускного клапана. В данном случае перекрытие клапанов исключено, когда оба клапана открыты, ведь малое количество оборотов коленвала позволяет выхлопным газам попасть во впускной коллектор, а топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор.

В режиме максимальной мощности требуется большое количество топливно воздушной смеси. Так как коленвал двигается намного быстрее, то времени на открытие клапанов остается крайне мало, отчего на некоторых моторах клапана не успевают закрываться, и “зависают”, встречаясь с поршнем.

Фазовращатель, для максимального наполнения, позволяет раньше открыть клапан, а также увеличить время его открытия, что называется “расширить фазу”. Тем самым, расширяется фаза перекрытия для обеспечения качественной продувки цилиндра.

Кулачок распредвала имеет такую форму, которая обеспечивает широкую и узкую фазу. Проблема фиксированной фазы заключается в невозможности одновременного обеспечения узкой и широкой фазы. Это говорит о том, что инженеры подобрали форму кулачка таким образом, чтобы обеспечить баланс между максимальным крутящим моментом на средних оборотах, и максимальной мощности на высоких оборотах.

Фазовращатель же обеспечивает гибкость, позволяющую подстраивать фазы под конкретный режим работы мотора, а итог такого действия — достижение крутящего момента в необходимом диапазоне оборотов и топливная экономичность.

Какие бывают виды фазовращателей

• система поворота распределительного вала;
• различный профиль кулачков распредвалов;
• механизм изменения подъема клапанов.

Гидроуправляемая муфта системы фазовращателя

• ротора, соединенным с распределительным валом;
• корпуса, выступающим также в роли шкива распредвала.

Ступенчатое изменение фаз газораспределения

Посредством эволюции в моторостроении, инженерам удалось эффективно настраивает расширение и сужение фаз. Подобное решение основывается на ступенчатом исполнении кулачков. Система изменения формы кулачков применяется в моторах Honda (VTEC), Mitsubishi (MIVEC) и Toyota (VVTL-i).

Вышеуказанные системы одинаковы по принципу действия, а именно: распределительный вал здесь имеет два кулачка малой формы и один кулачок большого диаметра. Маленькие кулачки сообщаются с клапаном через рокера, а большой кулачок отвечает за движение незадействующего коромысла.

Эта система, в зависимости от режима работы мотора, позволяет переключаться между большим и малым кулачком, изменяя фазу ГРМ. Эластичность переходного режима обеспечивается гидравлическим блокирующим устройством.

При работе на малых оборотах и холостом ходу задействованы малые кулачки с узкой фазой, а при повышении нагрузки задействован широкофазный большой кулачок.

Система регулировки подъема клапана

Новатором этой технологии в 2001 году стала компания BMW с системой Valvetronic. Эта система позволила отказаться от дроссельной заслонки, а количество впускного воздуха определять высотой подъема клапана. Однако, дроссельная заслонка на двигателе присутствует но она все время открыта.

Лучшее решение от образования разряжения — это открытие клапана тогда, когда требуется максимальное наполнение цилиндра смесью. Время открытия клапана зависит от степени нажатия на педаль газа. Valvetronic позволяет экономить до 15% топлива, а также повысить мощность на 10% относительно мотора с таким же объемом.

Данная система имеет в конструкции вал-эксцентрик и промежуточный вал. Эксцентриковый вал вращается при помощи электродвигателя с червячной передачей. Вращение вала воздействует на промежуточный рычаг, который меняя свое положение, заставляет двигаться коромысло в заданном положении, согласно режиму работы ДВС.

Система работает постоянно, в зависимости от режима работы мотор, диапазон подъема клапана может варьироваться от 0,2 до 12 мм.

Современные системы фазовращателей направлены на достижение максимального КПД двигателя от своевременного смещения фазы ГРМ и нужного подъема клапана. Любая из вышеуказанных систем представляет собой сложную конструкцию, которая требует вмешательства в виде обслуживания и ремонта, как минимум раз в 150 000 км.

Системы изменения фаз ГРМ и основные неисправности

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для обеспечения своевременной подачи в цилиндры двигателя воздуха или горючей смеси (в зависимости от типа двигателя) и выпуска отработавших газов из цилиндров. Разберемся, зачем же необходимо менять фазы ГРМ.

Для всех режимов работы двигателя есть свои оптимальные значения по продолжительности открытия и закрытия клапанов. Благодаря автоматическому управлению механизмом газораспределения можно увеличить мощность и крутящий момент практически на всех режимах работы двигателя и уменьшить токсичность отработавших газов без применения других конструктивных решений.

Таким образом, система изменения фаз газораспределения служит для их оптимизации при работе двигателя на режимах холостого хода, максимальной мощности и максимального крутящего момента и для обеспечения рециркуляции отработавших газов.

На современных автомобилях применяется система автоматического изменения фаз ГРМ, а также система отключения цилиндров для сокращения расхода топлива и снижения токсичности в режиме неполной нагрузки на двигатель. Рассмотрим основные типы таких систем.

Способы изменения фаз газораспределения можно классифицировать по регулируемым параметрам работы ГРМ:

• поворот распределительного вала;
• применение кулачков с разным профилем;
• изменение высоты подъема клапанов.

Наиболее распространена система, изменяющая фазы посредством поворота распредвала, которая применяется на автомобилях следующих марок:

• BMW: VANOS (Double VANOS);
• Toyota: VVT-i (Dual VVT-i), Variable Valve Timing with intelligence;
• Volkswagen: VVT, Variable Valve Timing;
• Honda: VTC, Variable Timing Control;
• Hyundai, KIA, Volvo, General Motors: CVVT, Continuous Variable Valve Timing;
• Renault: VCP, Variable Cam Phases.

На примере автомобилей VAG (Volkswagen Audi Group) можно рассмотреть распространенную систему изменения фаз ГРМ VVT с гидроуправляемыми муфтами, расположенными по одной на каждом распределительном валу двигателя.

Муфты представляют собой гидравлические устройства, подключенные к системе смазки двигателя. Управление осуществляется блоком управления двигателя на основании данных о частоте вращения коленчатого вала, нагрузке, температуре и других параметров. Масло из системы смазки двигателя поступает через каналы в корпусе механизма газораспределения и в распределительных валах в гидроуправляемые муфты, которые поворачивают распредвалы в соответствии с командами блока управления.

Существуют и системы изменения фаз ГРМ, работа которых основана на применении кулачков различной формы, благодаря которым достигается ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов. Такие системы используются на следующих автомобилях:

• Honda: VTEC, Variable Valve Timing and Lift Electronic Control;
• Toyota: VVTL-i, Variable Valve Timing and Lift with intelligence;
• Mitsubishi: MIVEC, Mitsubishi Innovative Valve Timing Electronic Control;
• Audi: Valvelift System.

Данные системы имеют в основном схожие конструкцию и принцип действия, которые можно рассмотреть на примере VTEC.

Распределительный вал имеет два малых и один большой кулачок на каждые два клапана. В режиме работы двигателя с небольшой частотой вращения коленчатого вала малые кулачки через двигателя с небольшой частотой вращения коленчатого вала малые кулачки через соответствующие рокеры воздействуют на пару впускных клапанов. Большой кулачок перемещает свободное коромысло вхолостую. Клапаны имеют минимальную высоту подъема, фазы ГРМ характеризуются малой продолжительностью.

Система управления с блокирующим механизмом, имеющим гидравлический привод, обеспечивает ступенчатое переключение с одного режима работы на другой при достижении коленвалом двигателя определенной частоты вращения. Рокеры малых и большого кулачков соединяются с помощью стопорного штифта в единое целое, и после этого усилие на впускные клапаны передается от большого кулачка распредвала. Таким образом, увеличивается ход клапанов и фазы газораспределения.

Недостатками такой системы являются ступенчатый переход с одного режима на другой и конструктивная сложность реализации процесса блокировки.

Наиболее совершенная конструкция системы изменения фаз ГРМ на данный момент основана на регулировании высоты подъема клапанов. Первопроходец в этом направлении — компания BMW, предложившая разработку Valvetronic. Аналогичный принцип реализован и в других системах:

• Toyota: Valvematic;
• Nissan: VEL, Variable Valve Event and Lift System;
• FIAT: MultiAir;
• Peugeot: VTI, Variable Valve and Timing Injection.

Система Valvetronic устанавливается только на впускные клапаны. Изменение хода клапана осуществляется с помощью сложной кинематической схемы. Эксцентриковый вал 9 приводится в движение от электродвигателя 1 через червячную передачу 2. Вращение эксцентрикового вала 9 изменяет положение промежуточного рычага 10, который, в свою очередь, задает определенное движение коромысла 11 и соответствующее ему перемещение клапана 16. Изменение высоты подъема клапана осуществляется непрерывно в зависимости от режимов работы двигателя. Такая система позволяет отказаться от использования дроссельной заслонки на некоторых режимах работы двигателя.

Система изменения фаз ГРМ надежна и обычно не доставляет хлопот владельцам автомобилей. Но предъявляются жесткие требования к качеству и сроку эксплуатации моторного масла, так как управление приводом гидравлическое. Не допускается никаких примесей, инородных частиц, строго должны быть соблюдены требования по вязкости и регламенту замены масла.

Поговорим о некоторых известных неисправностях системы изменения фаз ГРМ. Например, на автомобиле Renault Megane III (выпуск после 2008 года, двигатель K4M/F4R 830 объемом 1,6 литра) часто можно услышать стук со стороны верхней части двигателя после холодного пуска. Самая распространенная причина этого недуга кроется в приводе системы фаз ГРМ, а именно в муфте распределительного вала впускных клапанов. Для устранения неисправности требуется замена привода системы изменения фаз и обязательное обновление программного обеспечения для электронного блока управления двигателем.

На автомобиле Mazda CX-7 (выпуск после 2007 года с двигателем L3 Turbo объемом 2,3 литра) встречается аналогичная неисправность: чрезмерный шум от привода системы изменения фаз ГРМ, особенно при пуске холодного двигателя. Основная причина — неполное включение стопорного штифта привода системы изменения фаз газораспределения. Порядок устранения поломки следующий:

1. Установить модифицированный привод системы изменения фаз газораспределения.
2. Заменить моторное масло.
3. Запустить двигатель, дать ему поработать на холостом ходу минимум 5 минут.
4. Проверить топливный насос высокого давления на наличие утечек.
5. Выключить зажигание.
6. Дождаться снижения температуры охлаждающей жидкости.
7. Заменить моторное масло и масляный фильтр.

У автомобиля KIA Rio (2005-2011 гг. выпуска, двигатель G4ED объемом 1,6 литра) иногда встречаются неприятные проблемы: неустойчивый холостой ход, ухудшение эксплуатационных характеристик двигателя. Причина аналогична: неисправность привода системы изменения фаз ГРМ, а именно муфты распределительного вала выпускных клапанов. Способ устранения следующий:

Системы изменения фаз газораспределения: сдвиг по фазе

Сейчас тот факт, что на фоне более чем вековой истории автомобиля о системах изменения фаз газораспределения мы знаем всего четверть столетия, выглядит странным. Настолько они вошли в наш обиход. Ну да, у такой «задержки в развитии» были и технологические причины, и просто конструкторам-производителям к этому нужно было прийти. Зато на рубеже 80–90-х годов 100 «лошадок» с одного атмосферного литра хондовских моторов произвели фурор. Причем тот Variable valve Timing and lift Electronic Control, он же VTEC, не просто вдыхал в двигатель новые силы — еще и слыл надежным. Что изменилось теперь?

Сначала немного теории. Известно, что эффективность работы двигателя, так сказать, его базовые характеристики, во многом, если почти не во всем, зависят от правильного газораспределения — грамотного сочетания фаз впуска и выпуска. Иными словами, наполнения топливо-воздушной смесью камеры сгорания и ее очистки от продуктов горения. С самого появления ДВС и до сегодняшнего дня за эти процессы отвечают распределительные валы. Точнее, их кулачки, чей профиль задает не только момент открытия впускных и выпуск клапанов, но и определяет продолжительность этого и величину их хода (высоту подъема). Отрепетированная конструкция, корректировать которую, казалось бы, не имеет никакого смысла. Нет, конечно, мы знаем, что в свое время распредвал располагался в блоке и приводился шестернями. Механизм ГРМ мог быть нижнеклапанным. Валов с каких-то пор в головке цилиндров стало два вместо одного. И привод их по ряду причин менялся: был сперва цепным, потом ременным, после становился снова цепным. Но это не меняло основного принципа работы ГРМ — отсутствия зависимости фаз впуска и выпуска от количества оборотов коленвала.

Между тем подобная зависимость для более эффективной работы двигателя принципиальна. Ведь сочетание давления и разрежения во впускном и выпускном трактах зависит от режимов работы. Поэтому, например, на холостых или низких оборотах мотор «просит» нулевого либо минимального перекрытия фаз, то есть ситуации, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. При невысоких оборотах это позволяет не создавать противодавления — попадания выхлопных газов во впускной коллектор. Экономить горючее и быть двигателю экологичнее, не допуская вылета топливо-воздушной смеси в выхлопную трубу. Однако с ростом оборотов экономия/экология должны отходить на второй план — в угоду мощности. А для ее обеспечения длительность перекрытия фаз надо увеличивать, поскольку для лучшей отдачи теперь за единицу времени через камеры сгорания необходимо пропускать как можно большее количество горючей смеси. Об этом хорошо знают в мире спорта, где давно используются «горбатые», на сленге, распредвалы, имеющие более выраженный профиль кулачков. Такие дают более высокий подъем клапанов, длительность их открытия и «широкие» фазы. Однако «на гражданке» подобные валы ни к чему — мотор с ними не будет тянуть «снизу». И в итоге инженерами выбирается некое усредненное значение, относительно оптимальное для всех оборотов.

Правь, Япония, валами. точнее, фазами

Нам неизвестны достоверные факты того, что кто-то научился менять фазы в режиме реального времени, скажем, еще полвека назад или ранее. Наверняка опыты с чем-то подобным велись. Но первое упоминание о серийном использовании относится к 1986 году, когда изменение фаз на впуске получила Alfa Romeo Spider.

И все же отцами того, что мы сейчас знаем под обобщенным названием Variable Valve Timing, принято считать инженеров Honda. Причем даже сейчас, когда в подавляющем большинстве моторов есть система, регулирующая фазы, та конструкция, которая была изобретена 26 лет назад, впечатляет своей простотой и эффективностью.

А ведь все, что надо было сделать, это добавить к двум кулачкам третий, более высокий. Им и впускные, и выпускные клапаны управлялись на больших оборотах — от 6200 и выше. Да, фактически у того B16A VTEC работал дискретно — до того «выкл.», потом «вкл.». Зато в двигатель словно вселялся злой дух. Обычный (и вполне экономичный!) на низких и средних оборотах, на «верхах» мотор превращался в зверя. Правда, в 1991 году Honda выпустила менее экстремальную версию своего механизма — так называемый SOHC VTEC. Как следует из названия, он использовался на одновальных агрегатах, причем только на впуске. И хотя машины с ними не обладали взрывным характером, система изменения в этом случае все же добавляла «лошадок». Так, без нее полуторалитровый мотор развивал 100 сил, с ней — 130.

Следующим этапом стала система, прямо противоположная первым двум. Видимо, доказав всему миру, на что способны их атмосферные моторы, в Honda решили удивлять экономичностью. SOHC VTEC-E представлял из себя следующее. На два впускных клапана полноценным был только один кулачок. Второе коромысло работало по цилиндрической, кольцевой поверхности вала. Таким образом, на невысоких оборотах один клапан был закрыт. И смесь, попадая в камеру через второй, закручивалась, что улучшало смешивание топлива с воздухом и позволяло мотору питаться обедненным продуктом. Начиная со средних оборотов, оба впускных клапана начинали управляться единственным нормальным кулачком. Как вы понимаете, прироста мощности здесь не было вообще, однако экономические показатели обещались очень хорошие.

Наконец, в конце 1995 года на Civic шестого поколения (двигатель D15B) дебютировала система 3-stage SOHC VTEC. В ней пара впускных клапанов управлялась опять же тремя кулачками, один из которых был, как на VTEC-E, кольцом, второй обычным, третий — высоким. То есть сначала один клапан не работал, потом оба управлялись нормальным кулачком, а затем переходили в режим максимального подъема. Это было сочетание экономичности, тяговитости и небольшого «взрыва» на «верхах». Между тем двухвальные с DOHC VTEC установки к тому времени развивали уже и 185 (B16B), и 200 (B18C), и 220 (H22A) сил.

Нужно отметить, что опыт Honda очень быстро переняли в Mitsubishi, где в 1992 году появился свой аналог подобной системы — MIVEC. Один из двигателей — 1,6-литровый 4G92, устанавливавшийся, например, на Mirage и Lancer — развивал 175 л. с. А вот баварцы пошли по своему пути и тоже первыми массово внедрили свою разработку. В 1992 году на «шестерках» BMW серии M50 дебютировала система изменения фаз, где ими управляли не кулачки — механизмы, расположенные в шестернях ремня ГРМ и поворачивавшие распредвал. Тогда еще только впускных клапанов (VANOS), а с 1996 года и выпускных (double VANOS).

К концу 90-х, и тем более в начале 2000-х, к такому принципу изменения фаз производители начали приходить поголовно. Несмотря на то, что, в отличие от систем подобных VTEC, поворот распредвалов не регулирует ширину фаз (ведь клапаны всегда поднимаются на одну и ту же высоту, и длительность их открытия не меняется), у него есть свои преимущества. Точнее, по принципу работы единственное, но ключевое. Эта система изменяет фазы не ступенчато — постоянно. Ну а самый распространенный механизм представляет собой следующее. На ротор, жестко соединенный с распредвалом, надет корпус муфты, являющийся одновременно шестерней ГРМ. Между тем и другим получаются камеры, в которые по каналам ротора поступает масло. Заполняя их, оно сдвигает ротор относительно корпуса муфты, вращая тем самым и весь распредвал.

В начале прошлого десятилетия появились фазовращатели с электроприводом. Между тем вдобавок к вращению вала не отказались некоторые инженеры (иные даже пришли к этому) от дополнительных высоких кулачков. Мы знаем, что в 2001 году Honda совместила оба принципа изменения фаз, получив свой i-VTEC, впервые примененный на моторах серии K. Toyota тоже «баловалась» добавлением «горбатых» кулачков. Как минимум однажды ее система VVTL-i (где L, Lift, как раз и указывала на регулирование высоты подъема клапанов) использовалась на двигателе 2ZZ-GE, устанавливавшемся на купе Celica. Экспериментировали с «лифтом» и в Audi. На «шестерках» FSI объемом 2,8- и 3,2 л высокие кулачки располагались на впускных валах. У двухлитровых «четверок» TFSI ради лучшей продувки камер сгорания подъем и длительность открытия клапанов осуществлялась на выпускном валу.

Ну а последний «газораспределительный хит» из серийных и относительно распространенных — это бездроссельные системы. Первыми такую представили баварцы в 2001 году (хотя наброски подобного механизма Fiat рассекретил еще в 1972-м), а сейчас она на вооружении у Nissan, Toyota, Fiat и Peugeot. Принцип работы, как видно на видео, в том, что между коромыслом клапана и распредвалом есть промежуточный рычаг. Он, в свою очередь, связан с валом, на котором расположен эксцентрик. И этот дополнительный вал управляется электродвигателем.

Получается подобная системе VTEC регулировка высоты подъема и длительности открытия клапанов. Только не ступенчатая — постоянная. По конструкции могут быть варианты. Так, в BMW электромотор приводит эксцентриковый вал с помощью червячной передачи. У Nissan там механизм типа винт–шариковая гайка. Итальянцы же, будто вспомнив о своих былых заслугах, вообще отказались от механической связи между кулачком и клапаном. Вместо привычных коромысел — гидроцилиндры, которые благодаря изменению давления моторного масла регулируют работу клапанов.

Придя к бездроссельному газораспределению, производители получили еще один положительный эффект — отсутствие разрежения на впуске, создаваемого заслонкой. Но при этом все-таки не отказались от фазовращателей на валах. Именно сочетание их и бесступенчатой регулировки хода и длительности открытия клапанов позволяет, по оценкам инженеров, обрести 10–15%-процентное снижение расхода топлива и аналогичную прибавку крутящего момента. Наверняка столько же пообещают, когда на производственную сцену выйдут ГРМ без распредвалов, где клапаны полностью перейдут на электронное «обеспечение». Впрочем, ждать этого массово в самое ближайшее время не приходится. Та же Toyota, например, не спешит оборудовать все моторы своим Valvematic`ом. А что же ждать от «традиционных», если такое определение уже уместно, систем изменения фаз?

Бояться не стоит, прислушиваться можно

Тем не менее в общей массе позитива встречается немного негатива. Скажу о том, с чем сталкивался. Так, на не новых уже агрегатах Toyota от JZ до серий MZ, NZ, ZZ подклинивают гидроклапаны. А вот на V-«образниках» из линейки GR все же выходят из строя.

VANOS брякает. С этим до поры до времени можно мириться, но на каком-то этапе двигатель начинает «чековать» и перестает тянуть на «низах». Нужно менять. На Subaru тоже приходится обращаться к новым деталям, но по другой причине — муфты текут уплотнениями, а отдельно резинки не предлагаются. У моторов FSI и TFSI от VW иная проблема — отворачиваются звездочки только с нагревом, от чего муфту ведет.

Менять ли звездочки ГРМ, в которых находятся муфты, при замене цепи, — решать владельцу. Это дорого и, считаю, нецелесообразно. Выработке подвержена та звездочка, что находится на коленвале. А на верхних обычно почти никакого износа.

От себя добавим, что есть еще установки, в которых системы изменения фаз могут потребовать от владельцев внимания. Например, на 2,5-литровых «четверках» 2AR у Toyota подклинивали муфты, менявшиеся по гарантии. Вольвовская CVVT, точнее, ее управляющий клапан, просит промывки, причем фирменной жидкостью. Иначе отказывает вся муфта. Аналогичный узел реношной системы изменения фаз, по крайней мере, до середины двухтысячных, не требовала чистки — просто изнашивалась задолго до пробегов в 50 тыс. км. Примерно в это же время с тем же симптомом отказывала муфта на фордовских моторах, оснащенных Ti-VCT. При этом речь шла уже о двух фазовращателях — на впуске и выпуске. А самый показательный случай — выход из строя серводвигателя, вращающего промежуточный вал в баварской Valvetronic. Отпущенный срок — около тех же 50 тыс. км. Не исключено, существуют еще какие-то примеры неисправностей муфт и других компонентов, но общей картины это не меняет. Необходимая в современных условиях система, чье наличие, пусть и не ярко, но все же сказывается на ходовых качествах (особенно у тех моторов, которые ее не имели, а потом обрели), не стала в эксплуатации тяжкой обузой. Ведь даже восстановление работоспособности зачастую не так уж дорого. Скажем, б/у фазовращатели могут стоить от 3000 до 10 000 руб. По новым же можно уложиться в 15 000 руб. В том числе если это будет не сама муфта — скажем, электромотор бээмвэшного эксцентрикового вала. Все дешевле, чем разные common rail`ы, direct`ы и «дэпээфы».