Двигатель. Системы изменения фаз газораспределения

Последнее время в описании автомобильных двигателей можно увидеть различные аббревиатуры: VVT-I, VTEC, CVVT и другие. Все эти приставки означают наличие систем изменения фаз газораспределения. Но перед тем как перейти к их описанию, напомним, для чего необходим  газораспределительный механизм (ГРМ). Служит ГРМ для своевременного впуска топливовоздушной смеси и выпуска отработанных газов. Основными составляющими элементами газораспределительного механизма являются  клапаны и распределительные валы. Первые открываются и закрываются, давая возможность наполниться или очиститься камере сгорания, а вторые приводят их в действие. Для того чтобы новая смесь поступила, а старая удалилась из цилиндра, впускные и выпускные клапаны должны открыться на некоторый промежуток времени и в строго определенное время. Достичь того, чтобы они открывались вовремя задача несложная. Из рисунка видно, что момент открытия и закрытия клапанов четко определен формой кулачков распределительного вала.

В теории процесс работы газораспределительного механизма должен выглядеть следующим образом: при открытии впускного клапана камера сгорания  заполняется топливовоздушной смесью (1-й рабочий цикл двигателя), и после  того как поршень достигнет нижней мертвой точки, наполнив тем самым весь объем цилиндра, впускной клапан закрывается. После происходит сжатие и воспламенение (2-й и 3-й циклы), а во время четвертого цикла при движении поршня к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан, освобождая камеру сгорания от отработанных газов.

Но, в зависимости от режимов двигателя, скорость всасывания смеси и выталкивания газов различна. Кроме того, на высоких оборотах из-за инерционных сил топливовоздушная смесь начинает наполнять камеру сгорания лишь к тому моменту, когда поршень близок к нижней мертвой точке, что также ухудшает наполняемость цилиндра. Поэтому для лучшего заполнения камер сгорания желательно чтобы момент и время открытия клапанов, в зависимости от работы мотора, отличались.  А точнее: на высоких оборотах необходимо, чтобы клапан открывался заранее и на более длительный интервал времени. Кроме того, немаловажную роль в наполнении цилиндров играет и то, насколько быстро камера сгорания очищается от отработанных газов, то есть выпускные клапаны также должны открываться по-разному, в зависимости от оборотов мотора.
К сожалению, идеальные настройки для одного режима работы двигателя не подходят для другого. В результате, двигателестроителям приходится искать компромисс  между работой на различных режимах  в ущерб мощности и экономичности.

Так борьба за улучшение вышеупомянутых характеристик двигателей внутреннего сгорания привела к появлению газораспределительных механизмов, которые "подстраиваются" под различные режимы работы двигателя. Одним из способов регулировать фазы газораспределения, является изменение положения распределительного вала. При помощи гидропривода вал изменяет свое положение по отношению к шестерне привода. С помощью датчиков определяется скорость вращения коленчатого вала, и в зависимости от оборотов, изменяется давление в гидроприводе, а тот, в свою очередь, поворачивает распределительный вал на необходимый угол. Таким образом, за счет смещения положения распределительного вала  можно добиться более раннего открытия клапанов, лучшего наполнения цилиндров, что необходимо для увеличения мощности на высоких оборотах. Впервые такой способ изменения фаз газораспределения применили на Alfa Romeo (Twin Phaser) еще в 1985 году. Подобные системы используют в своих двигателях Renault (VCP), BMW (VANOS/Double VANOS). Баварские системы кроме изменения угла распределительного вала,  в зависимости от числа оборотов, учитывают еще и степень открытия дроссельной заслонки. Но благодаря этому методу фазы можно лишь сдвигать. Продолжительность впуска и выпуска остается неизменной.

А вот изменять продолжительность фаз научились японцы из Honda. Установив на распределительном вале кулачки различного профиля, каждый из которых рассчитан на работу в определенном режиме вращения двигателя и анализируя режим двигателя (обороты, температуру) под давлением, создаваемым маслом, перемещается штифт, блокирующий необходимый кулачок. Кулачков три, то есть столько же и режимов работы двигателя. Такая система носит название VTEC, расшифровывается как Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (электронная система управления временем открытия и высотой подъема клапанов). Подобная система, но с другим именем используется и фирмой Toyota – VVT – Variable Valve Timing (система изминения фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания). Соответствующую систему VVT можно встретить и на автомобилях Peugeot,  Citroen, Suzuki. На Mitsubishi она носит имя MIVEC (Mitsubishi Innovative Variable timing and lift Electronic Control), на Subaru – AVCS  (Active Valve Control System), на Volvo, KIA, Hyundai и General Motors – CVVT (Continuous variable valve timing).

Кроме того, более сложные и совершенные системы позволяют поворачивать на разный угол распределительный вал впускных и выпускных клапанов. Такие системы у Honda носят имя i-VTEC (Honda) VVTL-i (Toyota) (приствка "i" в названии означает intelligent – "умный").

На машинах марки Nissan можно встретить систему VEL (Variable Valve Event and Lift System). Принцип работы этой системы заключается в следующем. При помощи эксцентрика, приводящегося в движение электродвигателем, смещается точка опоры коромысла. За счет чего и изменяется ход клапана. Кроме изменения фаз газораспределения, такая система позволила производителям отказаться и от дроссельной заслонки. Ее функции выполняют впускные клапаны. Такой способ позволил лучше наполнять цилиндры топливной смесью и избавиться от разряжения в трубопроводе и его последствия – уменьшения крутящего момента.

Сегодня свой плюс подобной системы изменения фаз газораспределения найдет для себя каждый. Одни смогут наслаждаться мощным мотором, сбалансированно работающем на различных режимах, другие смогут сэкономить на топливе, а третьим не будет стыдно перед природой, ведь подобные системы позволяют снизить количество выбрасываемых вредных веществ в окружающую среду.