Сейчас уже трудно представить машину без системы изменения фаз газораспределения. И это правильно: эта система делает мотор более экономичным, отчасти – тихим и в некоторых режимах даже более резвым. Есть у системы изменения фаз только один недостаток: иногда в ней что-то ломается и начинает трещать, особенно сразу после пуска холодного мотора. Что там может трещать? Как правило, сам фазорегулятор, он же фазовращатель. А почему он это делает – это другой вопрос. Не всегда в треске виноват непосредственно фазовращатель, и найти истинную причину его треска иногда будет не только приятно, но и полезно для сохранения своего бюджета. Но для этого надо хотя бы в общих чертах понять, как эта система работает.
В поисках компромисса
Для чего нужна система изменения фаз в принципе? Для того, чтобы мотор работал всегда в оптимальном режиме. К сожалению, обычный распредвал с кулачками работает всегда очень усреднённо. Что на высоких, что на низких оборотах момент открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов одинаковый, а это не очень хорошо. Суть дела в том, что есть такое понятие – перекрытие клапанов, в которое, кстати, некоторые люди не верят – мол, не может работать мотор, если у него в какой-то период времени открыты оба клапана, и впускной, и выпускной. Те же люди обычно не верят и в то, что пыль разрушенного катализатора не может попасть во впуск (потому что перекрытие клапанов в четырёхтактном моторе невозможно). Впрочем, перекрытию клапанов не важно, верит в него кто-то или нет. Оно просто существует. Выглядит это следующим образом.
На высоких и средних оборотах коленвала нужно очень быстро выводить отработавшие газы и успевать наполнить цилиндр топливовоздушной смесью. Для этого есть короткий период, когда выпускной клапан ещё открыт, но в то же время начинает открываться и впускной. В этот момент из-за разрежения в цилиндре, создаваемого инерцией потока отработавших газов, топливовоздушная смесь засасывается в цилиндр активнее, чем при полностью закрытом выпускном клапане. А это, само собой, приводит к более эффективной продувке цилиндра, к качественному наполнению и повышению КПД мотора.
Вроде бы польза от перекрытия налицо. Но не всё так просто: на минимальных оборотах коленвала эта схема работать не будет. В этом случае из-за пониженного давления на впуске будет происходить смешивание топливовоздушной смеси и отработавших газов, мотор будет работать неравномерно, а то и вовсе не сможет работать. Поэтому на холостых оборотах перекрытие клапанов принесёт только вред.
В идеале мотор должен уметь менять фазы – от узких фаз на холостых оборотах (без перекрытия клапанов) до широких – на высоких оборотах (для более быстрой продувки и наполняемости цилиндра топливовоздушной смесью). Раньше моторы менять фазы не умели, и КПД от этого страдал. Конечно, с этим пытались бороться, и кое-кто даже вспомнит, что для старых вазовских моторов предлагали довольно необычное решение – разрезные шестерни распредвалов. Это был такой своеобразный прообраз фазорегулятора: венец такой шестерни мог немного вращаться относительно центральной части, которая крепилась на распредвале неподвижно. Само собой, ни о какой автоматической регулировке фаз речь не шла, но можно было поставить эти шестерни и попытаться подобрать оптимальный угол фаз, а затем намертво затянуть болты, фиксирующие обе части шестерни относительно друг друга, и наслаждаться ездой. Конечно, всё это – полумера, которая не позволяла менять фазы в зависимости от частоты вращения коленвала, а лишь немного эти фазы настроить. Всё изменилось, когда в моторах появились полноценные автоматические системы изменения фаз.
Таких систем много, и многие производители называют систему по-своему: у Volkswagen эта система называется VVT, у Toyota – VVT-i, у Kia и Hyundai – CVVT и так далее. В деталях они имеют отличия, но в целом работают приблизительно одинаково, хотя некоторые производители со своими системами заходили куда-то очень далеко (например, Fiat со своим MultiAir, который валом, приводимым от выпуска, толкал впускные клапаны через отдельную довольно странную электрогидравлическую систему). Есть ещё и механизмы изменения подъема клапанов, которые тоже влияют на фазы, и ступенчатое изменение фаз газораспределения, которое особенно любят японцы, и некоторые другие решения, которые требуют отдельных рассказов. Но сегодня мы остановимся на самом массовом и простом подходе – на повороте распределительного вала гидроуправляемой муфтой системы фазорегулирования (то есть, с тем самым классическим «фазиком»). Итак, как это работает?
Система VVT-i Toyota