Что такое система VTEC двигателя автомобиля и ее разновидности

Основные принципы работы

Если сравнить характеристики различных автомобильных двигателей, то нетрудно заметить, что у одних максимальный крутящий момент достигается при малых оборотах (1800-3000 об/мин), у других — при более высоких (3000-4500 об/мин).

Это объясняется тем, что эффективное наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью и получение высокого крутящего момента возможно только при определенных скоростях и зависит от конструкции впускного тракта и настроек газораспределительного механизма. Другими словами, темперамент двигателя полностью определяется фазами газораспределения, которые задаются профилем кулачков.

Представим себе двигатель, который работал бы при 20 оборотах в минуту, соответственно впускной и выпускной клапаны действовали бы 10 раз в минуту, т.е е редко Для снятия максимального крутящего момента на этих оборотах впускной клапан должен открываться в самом начале такта впуска, когда поршень начинает движение из ВМТ (верхней мертвой точки), и закрываться при достижении поршнем НМТ (нижней мертвой точки). Аналогично должний работать и выпускной клапан, т е. Никаких задержек и задержек в работе клапанного механизма не допускается, иначе упадет крутящий момент.

В этом случае эффективной будет заправка баллонов свежим зарядом.
Если увеличить скорость двигателя до 4000 об/мин, то впускной и выпускной клапаны в этом случае будут открываться и закрываться уже 2000 раз в минуту или 33 раза в секунду, т.е е довольно часто.

В этом режиме время всасывания свежей порции заряда поршнем остается малым. Только в момент, когда поршень достигает НМТ своей скорости, а это значит, что расход через проходное сечение впускных клапанов достигает своего максимума, но в этот момент впускной клапан закрывается и основная порция свежего заряда не попадает в цилиндров, натыкаясь на преждевременно закрытый клапан — двигатель начнет «задыхаться».

В результате мощность будет незначительной, а максимальные обороты — маленькими. Это заслуга существующих фаз газораспределения.

Его можно настроить по-разному, например, улучшить наполнение цилиндров рабочей смесью на высоких оборотах. Для улучшения очистки цилиндров от отработавших газов на высоких оборотах выпускной клапан должен быть принудительно открыт несколько раньше до достижения поршнем НМТ, а закрываться несколько позже после прохождения ВМТ.

В этом случае пиковый крутящий момент будет достигаться при высоких скоростях и повышенной мощности.
В реальных условиях конструкторы силовых агрегатов вынуждены усреднять регулирование фаз газораспределения «на все случаи жизни», выбирая при этом определенный профиль кулачков распределительных валов. Этот подход не является оптимальным.

Чтобы мотор автомобиля работал в условиях, максимально приближенных к идеальным на любых оборотах – создана система VTEC. Двигатели с VTEC имеют специальный газораспределительный механизм, ГРМ которого имеет разные кулачки для низких и высоких оборотов коленчатого вала двигателя, чем достигается разный момент открытия/закрытия и высота подъема клапанов.

Таким образом обеспечивается стабильная работа на малых и средних скоростях и высокая мощность на высоких скоростях.

Двигатели семейства DOHC VTEC

Основой конструкции DOHC VTEC послужил 4-клапанный газораспределительный механизм. На каждый ряд клапанов (впускной и выпускной) предусмотрено устройство отдельного клапана.

На каждые два клапана приходится по три кулачка на распределительном колесе. Два боковых предназначены для работы двигателя на малых и средних оборотах, центральный — на высоких.

Кулачки управляют клапаном через коромысла, которых тоже три на два клапана. Все три коромысла оснащены поршнями с гидравлическим управлением, которые перемещаются при наличии управляющего воздействия и объединяют их в одно целое. Среднее коромысло снабжено специальной пружиной, обеспечивающей постоянный контакт кулачка с коромыслом на малых и средних оборотах.
При работе двигателя на малых оборотах коромысла не заблокированы и каждое из них совершает независимое движение по закону, описываемому соответствующим кулачком. При этом средний кулачок, хотя и вращается вместе с остальными, участия в работе газораспределительного механизма не принимает.

Как только двигатель перейдет на скоростной режим, электронный «мозг» даст команду исполнительному устройству, в результате давление масла приведет в движение поршни в коромыслах, что приведет к запирание последнего. Таким образом, всеми элементами этой группы будет управлять один центральный кулачок, который теперь будет независимо управлять работой обоих клапанов.

Читайте также: Мигает индикатор давления масла: 10 распространенных причин и что делать

Двигатели семейства SOHC VTEC

SOHC VTEC имеет один распределительный вал и используется только для впускных клапанов. КПД работы несколько ниже, чем у DOHC VTEC, но он конструктивно проще и обеспечивает двигателю меньшие габариты и массу.

Основная задача SOHC VTEC-E — максимально увеличить расход топлива и улучшить экологические показатели. На малых оборотах двигатель работает на обедненной топливно-воздушной смеси, которая поступает в его цилиндры только через один впускной клапан. Подавайте туда рабочую смесь миксура и интенсивно завихряйте, благодаря чему обеспечивается постоянное ее сгорание. Когда система VTEC начинает работать и оба клапана начинают работать вместе.
Газораспределительный механизм 3-ступенчатый SOHC VTEC. У него не два режима работы, а три. В зоне малых оборотов система обеспечивает экономичный режим работы двигателя на обедненной топливно-воздушной смеси. В этом случае используется только один из впускных клапанов.

На средних оборотах в работу включается второй клапан, но фазы газораспределения и высота подъема клапанов не меняются. Двигатель в этом случае реализует высокий крутящий момент. В режиме высоких оборотов оба клапана управляются одним центральным кулачком, отвечающим за снятие с двигателя максимальной мощности.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя приводит к выбросу выхлопных газов и повышению температуры. В такте сжатия поршень движется к верхней мертвой точке (ВМТ), сжимая топливно-воздушную смесь или воздух (дизель).

Воспламенение очень нерасстрелянных до ВМТ. В бензиновом двигателе топливно-воздушная смесь воспламеняет искру от свечи зажигания. В дизельном двигателе распыленное топливо впрыскивается в нагретый за счет сжатия воздух. При подходе поршня к нижней мертвой точке (НМТ) начинается выпускная фаза газораспределения. Выпускной клапан открывается и поднимающийся к ВМТ поршень выдавливает из цилиндра продукты сгорания топливно-воздушной смеси.

Когда поршень приближается к ВМТ, фаза выпуска заканчивается и начинается фаза впуска. В ВМТ движется поршень, в цилиндре происходит разряжение, благодаря которому в камеру сгорания подсасывается воздух. После достижения ВМТ фаза впрыска завершается и начинается такт сжатия.

На что влияют фазы ГРМ

В двигателях современных бюджетных автомобилей отсутствует автоматическая регулировка фазы газораспределения, поэтому они устанавливаются на средний режим работы. Форма кулачков распределительных валов таких двигателей рассчитана на максимальное наполнение и опорожнение цилиндров при скорости вращения, близкой к максимальному крутящему моменту. Обычно он находится между 2/3 и 3/4 максимальных оборотов. Поэтому этот двигатель «плохо тянет» на оборотах ниже половины максимальных.

Почему это происходит? Чем выше вороты двигателя, тем быстрей движутся поршни. В результате давление внутри баллона на фазе выпуска увеличивается, но проходимость клапана выпуска не изменяется. В фазе впуска поршень движется быстрее, чем на холостом ходу, но проницаемость клапана не меняется. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем хуже наполнение цилиндров. Поэтому фазы релиза и релиза часто перекрываются. Пока клапан закрывается, но все еще открыт, клапан открывается.

Читать далее

На холостом ходу и малых оборотах часть топлива, поступающего в двигатель, уходит в выхлопную трубу. Это снижает мощность и экономичность двигателя. По мере увеличения товарооборота влияние этого эффекта ослабевает. Следовательно, чем выше обороты двигателя, тем длиннее должны быть фазы газораспределения. Это позволит избежать снижения мощности двигателя.

Если сдвинуть фазы газораспределения с оптимальной точки, то произойдет резкое падение мощности мотора. Ведь цилиндры будут либо не полностью освобождены от выхлопных газов, либо не полностью заполнены топливно-воздушной смесью. Однако оптимальная точка начала фазы и ее продолжительность зависят от нагрузки на двигатель и оборотов двигателя. Поэтому тюнинговые мастерские и опытные автолюбители вместо штатной шестерни на распредвал устанавливают разрезную шестерню, с помощью которой можно сдвигать фазу на угол до 10 градусов.

Также используются тюнинговые распределительные валы, рассчитанные на различные режимы и нагрузки. Те, кто предпочитает ездить на максимальной скорости, устанавливают валы с максимальными фазами впуска и выпуска. Те же, кто ездит на срединные ворота, избегая резких стартов и высоких скоростей, ставят валы с несколько уменьшенными фазами.

Устройство и принцип действия механизма газораспределения

Газораспределительный механизм (ГРМ) состоит из:

• один или два распредвала, на каждом из которых своя шестерня;
• шестерни коленчатого вала;
• цепной или ременный привод.

Число зубьев шестерни коленчатого вала всегда в 2 раза больше, чем у шестерни коленчатого вала.

Благодаря этому на два оборота коленчатого вала приходится только один оборот распределительного вала. Это позволяет открывать и закрывать клапаны головки блока цилиндров (ГБЦ) в зависимости от фаз газораспределения двигателя. Фазы газораспределения зависят от расположения кулачков распределительного вала. Поэтому на одиночных двигателях возможна только разовая регулировка фаз впуска и выпуска.

В бензиновых и дизельных двигателях применяется механизм газораспределения клапанного типа, теперь, в основном, с верхним расположением клапанов. Это означает, что клапаны расположены сверху, в головке блока цилиндров, как показано на рисунке 4.8.

Так, в верхнем положении клапаны с пружинами и детали их крепления устанавливаются в направляющие втулки в головке блока цилиндров, в которых также отлиты впускной и выпускной каналы.

Рискону 4.8 Головка блока цилиндров с газораспределительным механическим.

Усилие от кулачков распределительного вала, расположенных здесь же — в головке блока, передается на клапаны с помощью толкателей и/или рычагов. Коромысла установочный поворотно на оси, просмотровой на головке блока. Клапаны на головке закрыты крышкой.

О тепловом зазоре

Между штоком клапана, толкателем или торцом коромысла газораспределительного механизма должен быть зазор (так называемый тепловой зазор), необходимый для компенсации удлинения штока клапана при его подогрев без нарушения герметичности седла клапана в раструбе. Иными словами, если бы не было зазора, грубо говоря, между кулачком распределительного вала и клапаном, то от нагрева до высокой температуры клапан увеличился бы в длину и перестал бы плотно прилегать к посадочному месту в головке блока цилиндров.

Величина зазора для двигателей разных марок устанавливается для впускных клапанов в холодном состоянии в пределах 0,15—0,30 мм, а для выпускных клапанов, подвергающихся большему нагреву, — в пределах 0,20—0,40 мм. Однако у некоторых производителей зазор может быть таким, что не попадает в указанные диапазоны.

В механизме предусмотрены регулирующие устройства для регулировки величины этого зазора. Хотя слово «устройство» слишком громко для регулировочного болта и стопорной гайки (рис. 4.9) или шайб разной толщины (рис. 4.10).

Рисунка 4.10 Регулировка теплового зазора с мужской паку(А – головка блока цилиндров без распределительного вала; Б – головка блока цилиндров с распределительным валом).Популярные статьи Антиблокировочная система: что это такое и зачем она нужна

Сейчас очень распространены конструкции с гидрокомпенсаторами, которые под давлением масла подводят коромысло или толкатель к кулачку распределительного вала, тем самым устраняя негативное влияние теплового зазора, а именно — удар кулачка о толкатель при работе. Но стоит отметить, что установка гидрокомпенсаторов увеличивает конструкцию ГБЦ и повышает ее требования к качеству используемого моторного масла и периодичности его замены, так как масляные каналы компенсатора могут быть забиты продуктами износа.

Примечание Более подробная информация о гидрокомпенсаторах приведена ниже.

Описание Почему приветствуем? Потому для полноты восприятия этого раздела о распределительном клапане необходимо сказать несколько слов, а более подробное описание этой детали будет дано ниже.

Правильное чередование различных тактов в цилиндрах двигателя достигается соответствующим расположением кулачков на валу распределителя, а также правильной установкой зацепления шестерен/шкивов распределителя с ведущей шестерней/шкивом коленчатого вала.

Очередной виток развития

Постепенное изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов позволяет не только изменять фазы газораспределения, но и практически полностью снять с дроссельной заслонки функцию регулирования нагрузки на двигатель. Речь в первую очередь идет о системе Valvetronic от BMW. Подобных результатов впервые добились специалисты BMW. Сейчас доступны аналогичные технологии: Toyota (Valvematic), Nissan (ВВЭЛ), Fiat (MultiAir), Peugeot (VTI).

Открытая на небольшом огле дзельная заслонка для значения противодействия движению выходных потоков. В результате часть энергии, получаемой при сгорании топливно-воздушной смеси, расходуется на преодоление насосных потерь, что отрицательно сказывается на мощности и экономичности автомобиля.

1 — Серводвигатель; 2 — Червячный вал; 3 — Возвратная пружина; 4 — Кулисный блок; 5 — Распредвал впускных клапанов; 6 — Рампа; 7 — Гидравлическая система компенсации клапанного зазора (ГВА) на странице впуска; 8 — Впускной клапан; 9 — Выпускной клапан; 10 — Роликовое закрытие толкателя на странице выпуска; 11 — Гидравлическая система компенсации клапанного зазора (ГВА) на стороне выпуска; 12 — Рычаг роликового рычага на стороне впуска; 13 — Промежуточный рычаг; 14 — эксцентриковый вал; 15 — червячное колесо; 16 — Распредвал выпускных клапанов;

В системе Valvetronic количество воздуха, поступающего в цилиндры, регулируется степенью подъема и продолжительностью открытия клапанов. Этого удалось добиться введением в конструкцию эксцентрикового вала и промежуточного рычага. Рычаг соединен червячной передачей с сервоприводом, управляемым ЭБУ. Изменения положения промежуточного рычага смещают влияние коромысла в сторону большего или меньшего открытия клапанов. Более подробно принцип работы показан на видео.

Сочетание фазовращателей на валах, бесступенчатая регулировка хода и продолжительности открытия клапанов позволяет, по словам инженеров, получить процентное снижение расхода топлива на 10–15% и аналогичный прирост крутящего момента.

СИСТЕМЫ С РАЗНОЙ ФОРМОЙ КУЛАЧКОВ

Такие системы появились первыми — к двум кулачкам, управляющим открытием клапанов, инженеры Honda добавили еще один — третий. У него был более высокий профиль.

На малых оборотах работали низкопрофильные кулачки, а на высоких оборотах в дело вступал высокий.

Разные автоконцерны вскоре выпустили такие газораспределительные системы, но уже под другими названиями:

• • HONDA — Система изменения фаз газораспределения и электронное управление подъемом (VTEC). Если двигатель одновременно использует и VTEC, и VVT, то такая система носит аббревиатуру i-VTEC.
  • БМВ — ВАНОС.
  • AUDI — система подъема клапанов.
  • TOYOTA — система изменения фаз газораспределения и подъема клапанов с интеллектуальными функциями от Toyota (VVTL-i).
  • MITSUBISHI — инновационное электронное управление фаз газораспределения Mitsubishi (MIVEC).

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Разберем принцип работы VTEC на примере реализации Honda (другие системы работают по тому же принципу).

Как видно из схемы, в режиме малых оборотов усилие клапанов через коромысло передается ходом двух крайних кулачков. При этом среднее коромысло двигается «вхолостую». При переходе на скоростной режим давление масла выталкивает стопорную тягу (механизм блокировки), что превращает 3 коромысла в единый механизм. Величина хода клапанов достигается за счет того, что среднее коромысло соответствует кулачку распределительного вала с самым высоким профилем.

Разнообразие системы VTEC заключается в конструкции, в которой режимам: низкой, средней и высокой скорости соответствуют разные коромысла и кулачки. На низких оборотах кулачок меньшей формы открывает только один клапан, в режиме средних оборотов два меньших кулачка открывают два клапана, а на высоких оборотах кулачок большей формы открывает оба клапана (3-ступенчатый SOHC VTEC).

К началу 2000-х большинство автопроизводителей перешли на простую и надежную систему изменения фаз, где они управлялись не кулачками, а гидромеханизмами, расположенными в шестернях ремня ГРМ и поворачивающими распределительный вал.

Несмотря на то, что, в отличие от систем, подобных VTEC, вращением распределительных валов ширина фаз не регулируется (поскольку клапана всегда поднимаются на одну и ту же высоту, а продолжительность их открытия не меняется), она имеет свои преимущества. Точнее, по рецепту работы еченисное, но ключевое. Эта система меняет фазы не ступенчато — постоянно.

Работа газораспределительного механизма

Работа системы газораспределения делится на четыре этапа:

1. Впрыск топлива в камеру сгорания цилиндра.
2. Сжатие.
3. Рабочий ход.
4. Удаление газа из камеры сгорания силиндра.

Рассмотрим подробнее принцип действия газораспределительного механизма.

1. Подача топлива в камеру сгорания цилиндра происходит за счет движения коленчатого вала, который передает свое усилие на поршень и тот начинает двигаться от так называемой ВМТ (это точка, выше которой поршень не поднимается) до НМТ (это точка, соответственно, ниже которой поршень не опускается). При движении поршня одновременно открывается впускной клапан и топливно-воздушная смесь заполняет камеру сгорания цилиндра. Впрыснув комментарии топилвно-воздушной мезык клапан закрывается. При этом коленчатый вал поворачивается на 180 градусов от исходного положения.
2. Сжатие. Дойдя до НМТ поршень продолжает свое движение. Меняя свое направление на ВМТ, в этот момент происходит сжатие топливно-воздушной смеси в цилиндре. При подходе поршня к окончательной форме фаза сжатия заканчивается. Коленчатый вал продолжает свое движение и поворачивается на 360 градусов. И на этой частоте воспроизведения кончена.
3. Рабочий ход. Топливно-воздушная смесь воспламеняет свечу зажигания, когда поршень находится в самой высокой точке цилиндра. При этом достигается максимальный момент сжатия. Затем поршень начинает двигаться в сторону нижней точки цилиндра, так как газы, образующиеся при сгорании топливовоздушной смеси, оказывают огромное давление на поршень. Это движение является рабочим движением. При опускании шня до НМТ фаза рабочего хода считается завершенной.
4. Удаление газа из камеры сгорания силиндра. Поршень перемещается в верхнюю точку цилиндра, все это происходит при приложении усилия коленчатым валом газораспределительного механизма двигателя. При этом открывается выпускной клапан и поршень начинает разгружать камеру сгорания цилиндра от газов, образовавшихся после сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания цилиндра. Достигнув высшей точки и освободив ее от газа. Поршень начинает движение вниз. Когда поршень достигает НМТ, рабочая фаза удаления газов из камеры сгорания цилиндра считается завершенной, и коленчатый вал поворачивается на 720 градусов от своего начального положения.

Для такой работы клапанов газораспределительной системы производителя синхронизируются с работой коленчатого вала двигателя.

Достигаемые результаты

Позднее закрытие впускных клапанов

(англ позднее закрытие впускного клапана, LIVC). Первыми изменениями момента закрытия клапанов стали системы, которые позволяли оставлять клапан открытым дольше, чем в двигателе, не оборудованном такой системой. В результате был достигнут эффект выталкивания воздуха из цилиндра во впускной коллектор во время такта сжатия. Воздух, вытесняемый из цилиндра, увеличивает давление во впускном коллекторе, так что при следующем открытии впускного клапана воздух в цилиндр будет подаваться под более высоким давлением. В результате реализации позднего закрытия выпускных клапанов достигается снижение потерь до 40 % во впускном тракте, а также снижение выбросов оксидов азота (NOx) до 24 %. Максимальный крутящий момент двигателя снижается примерно на 1%, а выбросы углеводородов не меняются2.

Раннее закрытие впускных клапанов

(англ раннее закрытие впускного клапана, EIVC). Другим способом снижения потерь во впускном тракте, применимым при малых оборотах двигателя, является создание высокого разреза во впускном коллекторе за счет раннего закрытия впускных клапанов. Для этого впускные клапаны должны быть закрыты во время цикла впуска. При малой нагрузке потребность двигателя в топливно-воздушной смеси невелика, но потребность в наполнении цилиндров достаточно высока, что может быть достигнуто введением раннего закрытия впускных клапанов.

Исследования показали, что на двигателях с ранним закрытием впускных клапанов происходит снижение потерь во впускном тракте до 40 %, а также увеличение экономичности до 7 %. Также отмечается снижение выбросов оксидов азота до 24% в режимах с частичной нагрузкой. Возможной отрицательной стороной введения раннего закрытия впускных клапанов является значительное снижение температуры в камере сгорания, что может вызвать увеличение выбросов углеводородов.

Раннее открытие впускных клапанов

(англ раннее открытие впускного клапана). Раннее открытие впускных клапанов является методом существенного снижения токсичности. В традиционном двигателе для контроля температуры в цилиндрах используется процесс, известный как перекрытие клапанов. При преждевременном открытии впускных клапанов часть выхлопных газов, протекающих через впускной клапан, попадает во впускной коллектор, где быстро остывает. При пуске инертные выхлопные газы в значительной степени заполняют цилиндр, благодаря чему достигается снижение температуры в цилиндре и сокращаются выбросы оксидов азота. Кроме того, более раннее открытие впускных клапанов улучшает объемную эффективность, поскольку объем выбросов отработавших газов уменьшается во время цикла выпуск.

Раннее и позднее закрытие выпускных клапанов

(англ. Early/позднее закрытие выпускного клапана). Внедрение этих систем позволяет снизить токсичность. В традиционном двигателе в такте выхлопа выхлопные газы выталкиваются в выпускной коллектор и далее в выхлопную систему за счет движения поршня. За счет раннего и позднего закрытия выпускных клапанов можно регулировать объем выхлопных газов, остающихся в цилиндре.

Оставляя клапан открытым дольше, чем обычно, он полнее очищается от выхлопных газов и цилиндр наполняется большим объемом свежей топливно-воздушной смеси. При случайном закрытии вышукных клапанов в цилиндре остается больше отработанных газов, благодаря чему увеличивается экономия. Система позволяет двигателю сохранять работоспособность на всех режимах работы.

Реализация на практике

Переключение кулачков

В этой реализации используются разные профили костяшек. В определенный момент (как правило, при определенной частоте вращения двигателя) с помощью привода происходит переключение между профилями. При таком сопоее размен фаз газораспределения также может производиться производство подёмом клапанов и программной доставки клапанов, продажа это всегда качественное описание стапенчато и пловным быть может. Система VTEC компании Honda стала первым серийным представителем таких систем.

В системе VTEC с помощью изменения гидравлического давления приводится в действие штифт, замыкающий коромысло, отвечающее за высокий подъем клапанов и большое время открытия, с расположенным рядом коромыслом, отвечающим за низкий подъем клапанов и короткое время открытия.

Фазировка кулачков

Манги изготовляемые системы разм фаз газораспределения работают по мощности разм фазировки кулачков программы, значение как жарг поворотрачентели

(англ вариатор). Это обеспечивает плавную регулировку, но многие ранние аналогичные системы могли выполнять только ступенчатую регулировку. Однако регулировать продолжительность открывания и высоту подъема нельзя.

Колеблющиеся кулачки

В этой регистрации ослебательные или качающиеся двигатели частей кулачков, которые выступают в роли переводчиков. В свою очередь, толкатели открывают и закрывают клапан. В некоторых реализациях таких систем используется традиционный профиль кулачков, а также эксцентриковые профили и шатуны. Принцип их действия аналогичен паровой машине, где объем пара, поступающего в рабочий цилиндр, регулируется моментом «отсечки» пара. Преимуществом таких систем является плавный характер регулирования высоты подъема клапана и продолжительности открытия. Недостатком является то, что подъем клапанов пропорционален продолжительности открытия, и их самостоятельное регулирование невозможно.

Примерами таких систем являются Valvetronic (BMW), VVEL (Nissan) и Valvematic (Toyota), в которых системы качающихся кулачков устанавливаются только на впускных клапанах.

Эксцентриковый привод кулачков

Системы с эксцентриковым кулачковым приводом работают посредством эксцентрикового дискового механизма, уменьшающего и увеличивающего угловые скорости профиля кулачков при их вращении. Уменьшение этой скорости при открытом клапане соответствует увеличению продолжительности открытия клапана. Преимуществом такой системы является возможность независимого регулирования продолжительности открытия клапанов и высоты подъема16 (в них отсутствует регулировка подъема). К недостаткам этих систем следует отнести их сложность (необходима установка двух эксцентриковых приводов и двух их регуляторов на каждый цилиндр — по одной паре устройств на впускных и выпускных клапанах), что удорожает систему.

MG Rover стал единственным производителем, внедрившим такую ​​систему

Трёхмерный профиль кулачков

В этих системах костяшки имеют профиль, также меняющийся по длине по форме [17], близкой к конической. На одном конце кулачка находится профиль с малой высотой подъема клапана и коротким временем открытия, на другом конце — профиль с большой высотой подъема клапана и увеличенным временем открытия. В средней части длины кулачка имеется плавный переход между этими профилями. Плавная регулировка высоты подъема клапана и продолжительности открытия может осуществляться за счет смещения точки контакта толкателя клапана с профилем кулачка.

Это достигается за счет осевого перемещения распределительного вала («скольжения» вдоль двигателя), при этом неподвижный толкатель клапана будет контактировать с разными участками профиля кулачка, благодаря чему получаются разные значения высоты подъема клапана и продолжительности открытия достигаются. Недостатком этих систем является чрезвычайно сложная конструкция профиля кулачков, так как конструкция должна обеспечивать минимальные контактные напряжения, вызванные изменением профиля.

Обычно считается, что Ferrari[18][19] использует такую ​​систему, но остается неизвестным, используются ли подобные системы в ее серийных моделях.

Двухвальный комбинированный профиль кулачков

Сведений об использовании этих систем в серийных двигателях нет.

Система состоит из двух близко расположенных распределительных валов и поворотного толкателя, приводимого в действие обоими распределительными валами. Движение этого толкателя передает движение кулачковым профилям обоих распределительных валов одновременно. Каждый распределительный вал снабжен собственной системой изменения фаз газораспределения, позволяющей изменять угловое положение распределительных валов относительно коленчатого вала. Профиль кулачков на одном из распределительных колес управляет закрытием клапанов, а профиль кулачков на другом распределительном колесе управляет закрытием тех же самых клапанов. Таким образме, регуляция продолжительности открытия створок регулируется интервалом между этими событиями.

Среди недостатков таких систем можно выделить следующие:

• При открывании на длительное время высота профиля на одном кулачке может начать уменьшаться, а на другом увеличиваться. Это приведет к общему уменьшению высоты профиля кулачков и может вызвать недостатки в динамике двигателя. Имеются патенты, посвященные решению в той или иной степени проблемы неравномерной высоты открытия клапана, что позволяет системе работать на полной высоте профиля кулачка при большой продолжительности открытия клапана[20][21][22].
• За счет наличия в системе двух распределительных валов увеличиваются габариты системы, толкателей и других элементов.

Двухвальный комбинированный профиль кулачков с соосным расположением валов

Сведений об использовании этих систем в серийных двигателях нет.

Принцип работы системы также заключается в том, что один толкатель приводится в движение профилями кулачков, расположенных на двух разных распределительных валах. С точностью до ограничения угла, вызванного радиусом торцевого закругления толкателя, толкатель «ощущает» совмещение поверхностей двух профилей кулачков как гладкую сплошную поверхность.

При максимально совмещенном вращении кулачков продолжительность открытия клапана минимальна и соответствует профилю каждого кулачка в отдельности. Наоборот, когда угол между суставами при вращении наибольший, продолжительность открытия клапана максимальна. Основное ограничение подобных систем состоит в том, что можно регулировать только продолжительность открытия клапанов, равную (в градусах перемещения распределительного вала) скруглению профиля острого конца кулачка.

Подобный принцип, вероятно, был положен в основу первой системы, запатентованной в 1925 году Бюро по патентам и товарным знакам США (патент США 1 527 456). К этому типу относится и так называемый «распределительный вал Клемсона»[23].

Спиральный распределительный вал

Также нет сведений об использовании этих систем в серийных двигателях.

Принцип аналогичен рассмотренному ранее, в котором можно использовать тот же профиль длительности. Однако вместо простого плоского вращения кулачков для регулировки используется комбинация осевого и вращательного движений, представляющая собой трехмерное движение по спирали. Посредством такого движения преодолеваются ограничения, связанные с длительностью в ранее рассмотренной системе. Продолжительность открытия клапана теоретически не ограничена, но обычно она не составляет более 100 градусов перемещения распределительного вала, что достаточно для работы в большинстве ситуаций.

По имеющимся данным, кулачки для таких систем сложны и дороги в изготовлении, требуется очень высокая точность при изготовлении спиральных элементов, а также должна быть обеспечена тщательная сборка.

Двигатели без кулачков

К таким двигателям относятся те двигатели, которым не требуется распределительный вал для управления клапанами. Клапаны в таких системах обладают высокой гибкостью регулирования фаз газораспределения и высоты подъема клапана. Однако по состоянию на 2020 год подобных систем, предназначенных для автомобилей на дорогах общего пользования, нет.

Различают следующие типы двигателей без кулачков:

• электромеханические
• гидравлический
• пневматический
• с программами шаговых двигателей.

Альтернативные VVT фазорегуляторы

В настоящее время существуют две различные системы изменения фазы газораспределения:

• На впускном распредвале («одиночная»);
• На впускном и выпускном распредвалах («двойных»).

В качестве примера удобно рассмотреть двигатели BMW: у тех, у которых в фирменном наименовании есть слово VANOS, фазы меняются только на впуске, а у тех, у которых Double VANOS — на впуске и выпуске. Похожие общения и у Toyota – VVT-i и DVVT-i.

Кстати, маркетинговые названия VVT, CVVT, VVT-i, e-VVT, VTC, VCT, MIVEC и VANOS относятся практически к одной и той же конструкции фазовращателя (-елей), которые отличаются друг от друга только незначительные и непринципиальные нюансы.

Существует ошибочное мнение, что изменение фазы газораспределения как-то связано с системой изменения высоты подъема клапанов. Суть этих ошибок в том, что и те, и другие изначально созданы для разных целей и могут существовать отдельно, независимо друг от друга, а могут сочетаться вместе в единой структуре. Яркий пример этого дня – PSA памятия EP:

• 6 VTi 120 л.с. (EP6C) «атмосферник» с фазовращателями на впуске и выпуске, а также системой регулировки высоты подъема клапанов VTi, аналогичной BMW Valvetronic, без дроссельной заслонки;
• 6 ТНР 150 л.с. (EP6CDTM) с единственной муфтой VVT на впуске газа, регулировкой дроссельной заслонкой и турбокомпрессором Twin Scroll Borg&Warner;
• 6 ТНР 200 л.с. (EP6CDTX) объединил в себе все нововведения семейства: вариатор фаз впуска и выпуска, подъем дроссельной заслонки VTi и турбокомпрессор «двойная улитка».

Ведь вращение распределителя осуществляется вращением ротора муфты, которая по сути представляет собой шкив зубчатого ремня или цепь «звезда» в приводе ГРМ, а подъем клапанных тарелок изменяется через толкатели («коромысла») — эти два механизма можно соединить только компьютерным управлением. В i-VTEC от Honda эти функции частично совмещены, но при этом система заметно сложнее.

Системы изменения высоты подъема клапанов (Valvetronic, VTi, Valvelift и др.) созданы как альтернатива дроссельной заслонке, то есть для «газового» управления. Изменение скорости с помощью обычного дросселя имеет существенный недостаток — заслонка создает внушительное сопротивление потоку воздуха, поступающему в двигатель, тем самым затрудняя смешивание с топливом и ухудшая степень наполнения цилиндров свежим топливом-воздухом смесь.

Изменяя высоту подъема клапанов на впуске, появляется возможность варьировать количество поступающей смеси без дросселя, а значит, снимая насосные потери и вредное сопротивление заслонки воздушному потоку. Как видите – эта система не имеет прямого отношения к фазам газораспределения. При этом она может находиться в симбиозе с ВВТ.

Еще одно предубеждение: двигатели с фазовращателями на впуске и выпуске (пример: двойной VANOS BMW) — якобы лучше, современнее и совершеннее, чем те, у которых фазовращатели только на впуске (просто VANOS). Прямая зависимость между техническим состоянием двигателя и количеством его фазопреобразователей – отсутствует. Здесь главным фактором является адаптация двигателя конкретной марки и модели к достижению заданных характеристик «потребительской ниши» и темперамент силового агрегата. А одна, две или более у него муфты VVT — не имеет никакого значения.