Очень часто при описании автомобилей зарубежных концернов рядом с мотором стоят какие-то непонятные аббревиатуры. VTEC, MIVEC, VVTi – и так далее, вариантов очень много. Несмотря на различные названия речь всегда идет об одном и том же – системе изменения фаз газораспределения, просто из-за патентов и интеллектуального права все разрабатывают системы и называют их по-своему, но суть у всех одна. Вот о ней мы и расскажем.

Что это

Даже поверхностно знакомый с устройством мотора водитель знает, что в головке блока цилиндров есть распределительный вал, который при вращении управляет открытием и закрытием клапанов. Для этого на валу есть специальные кулачки. Конструкторы мотора с помощью формы и размеров кулачков могут очень точно управлять временем открытия клапанов – на какой стадии цикла открываются, на какой закрываются и так далее. Это важные факторы, потому как они напрямую влияют на мощность мотора, его экономичность и эластичность. Грамотный подбор кулачков – секрет стабильной работы мотора.

С механической точки зрения тема изучена давно, любой автомобильный инженер хорошо знает как менять характеристики кулачков, чтобы улучшить поведение мотора, а словосочетание «спортивные валы» уже стало именем нарицательным – замена распредвалов на спортивных автомобилях позволяет очень заметно увеличить мощность мотора. Если так, то в чем проблема? А она в том, что оптимальное время открытия и закрытия клапанов разное в зависимости от оборотов мотора и силы нажатия водителем на дроссель. На низких оборотах нужны одни характеристики, на высоких – другие, но кулачки – это готовое металлическое изделие, которое не может подобно терминатору Т-1000 по первому требованию сменить форму.

На специализированных машинах эту проблему решают в ущерб непрофильным режимам работы, например, спортивные автомобили очень плохо едут на низких оборотах и не экономят топливо, зато около «красной зоны» тахометра выдают максимум. На гражданских машинах используются усредненные показатели, максимальных характеристик в таком случае мотор не показывает, но зато работает стабильно во всех режимах.

Совершенно логично, что инженеры еще на заре автомобилестроения начали думать, как бы реализовать возможность менять фазы подъема клапанов в зависимости от ситуации. Несмотря на то, что разные патенты появлялись еще с 1920-х годов, задача на практике оказалась очень непростой, первое серийное использование системы фаз газораспределения относится только к 1980-м годам. Первыми были инженеры Alfa Romeo, но за ними быстро подтянулись и другие, особенно после того как с развитием компьютерной техники появилась возможность электронного управления.

Как работает

Несмотря на то, что все эти VTEC, MIVEC, VVTi и прочая-прочая ставят одинаковые цели и в целом про одно и то же, реальное техническое решение по управлению клапанами у инженеров разных компаний могут отличаться. Чтобы не расширять статью сверх меры и не путать читателей, мы решили не разбирать все системы, а остановиться на одной из них, а именно VTEC от компании Honda. Даже в рамках одного производителя система управления клапанов работает по-разному, и на примере VTEC легко наблюдать как развивались технологии.

Первый мотор с управлением фаз газораспределения инженерам Honda удалось выпустить в конце 1980-х годов. Это был мотор B16A, легендарный силовой агрегат. Управление фазами там было реализовано с помощью того, что на распредвале было не два кулачка, а три, кроме того стоял дополнительный клапан, который по команде от ЭБУ увеличивал давление масла. Под действием давления выдвигались специальные штифты и клапанами управляли уже не основные кулачки, а третий, дополнительный, который был настроен на высокие обороты. В головку блока встроили дополнительный датчик давления масла, благодаря которому ЭБУ понимал, когда «включать» дополнительный кулачок. Вместе с переходом на иную фазу распределения ЭБУ менял углы зажигания и увеличивал подачу топлива. Суммарно это давало отличный эффект – атмосферный мотор 1,6 развивал на максимальных оборотах (около 7000-7500 в минуту) мощность 160 л.с. К тому же система получилась надежной.

Добившись хороших результатов в плане мощности, инженеры переключились на экономичность. Вторая версия системы VTEC имела уже три режима работы. Кулачков на все не напасешься, поэтому в некоторых режимах клапанами начали управлять специальные рокеры, которые приводились в действие все тем же давлением масла через клапан. Появился экономичный режим, когда на низких оборотах при слабом нажатии на педаль газа система открывала только один впускной клапан, второй в смесеобразовании почти не участвовал. В среднем режиме открывались уже оба клапана, в мощном в дело вступал дополнительный кулачок. И мощность увеличили, и экономичности добавили! Правда, сама система была более капризной из-за наличия дополнительных элементов.

К началу нулевых годов инженерам Honda стало ясно, что увеличивать количество кулачков на распредвале не вариант – их там просто негде размещать, потому они придумали другое решение, которое получило название i-VTEC. Кулачки оставались на месте, но смещаться вдоль своей оси получил возможность распредвал. Шестерня, которая приводит распредвал в движение, стала фактически гидравлическим механизмом, который может менять положение распредвала в пространстве. При смещении оси перемещаются рабочие участки на кулачках, клапаны открываются и закрываются уже по-другому. Самый большой плюс от такой реализации – заметное увеличение количества режимов работы. Положений распредвала, конечно, не бесконечное количество, но всяко больше, чем можно физических кулачков нанизать, а значит компьютер имеет много вариантов по управлению смесеобразованием. Изменение фаз стало постоянным, можно сказать, онлайн, а не только при смене режима. Ну а шестерни, которые меняют положение коленвала в пространстве, в народе начали называть фазовращателями. С атмосферного мотора в 1,6 литра стали снимать уже по 200 л.с.

В конце «нулевых» годов вопрос экономичности и снижения токсичности выхлопа уже начал стоять более остро, чем увеличение мощности. Тут система распределения фаз тоже очень пригодилась. Сначала японские инженеры придумали так настроить кулачки, чтобы в такте сжатия приоткрывался впускной клапан. Естественно, часть топливо-воздушной смеси возвращалась во впускной коллектор. Там она как следует перемешивалась с новой порцией воздуха и в следующий такт снова поступала в цилиндры. Мощность от таких манипуляций немного падала, но зато ниже стал и расход топлива, которое стало лучше смешиваться с воздухом. Вредные выбросы удалось снизить.

Почти следом у Honda появилась система VCM, которая умеет отключать часть цилиндров в ненагруженных режимах. Идею японские инженеры подсмотрели у коллег, а вот с технической реализацией все так же помогла система распределения фаз. Кулачки настроены так,чтобы в некоторых режимах просто не открывать впускные клапана у части цилиндров – в них топливо не поступает, а ЭБУ корректирует это на уровне программы.

Позже инженеры Honda смогли адаптировать систему изменения фаз для работы с непосредственным впрыском, что позволило еще сильнее увеличить экономичность. В некоторых режимах мотор может стабильно работать на суперобедненной смеси 65:1 (напомним, что стандартом считается отношение 14,7:1), что заметно снижает расход топлива. Еще одна версия VTEC получила возможность работать совместно с турбонаддувом.

Немного про минусы

Не у всех автоконцернов работы по изменениям фаз шли в такой последовательности, да и успехи по части регулировки фаз тоже часто до хондовских не дотягивали. Однако, в целом, ретроспектива систем VTEC позволяет понять как развивалась инженерная мысль в вопросе регулирования фаз. Понятно, что за этим будущее, ведь изменение времени открытия клапанов позволяет и расход снизить, и мощность повысить. Но есть и определенные минусы – моторы становятся дороже и сложнее по конструкции, а сама система изменения фаз – дополнительный элемент, который может (и увы на практике это часто делает) сломаться, снижает надежность мотора,повышает требование к качеству масла, требует денег на обслуживание. Недаром многие бюджетные машины до сих пор обходятся без систем управления фаз. Например, на АвтоВАЗе первый фазовращатель появился только в 2015 году на моторе 1,8, тогда как все версии 1,6 (даже 16-клапанные) обходятся без него. Мощность, конечно, несравнимая, но цена вопроса тоже имеет значение.