Когда меняют фазы

В свое время люди изобрели паровоз. Конструкция получилась довольно удачной, позволяла перемещаться в пространстве  быстрее, чем на конной тяге, а главное более предсказуемо. Существенный минус этого замечательного изобретения – низкий КПД, который стал уже притчей во языцех : "КПД как у паровоза!" Этим все сказано. Не слишком эффективно расходуются источники энергии.
Впрочем, коэффициент полезного действия определяется не только идеальностью конструкции, но и возможностью ее изготовить, т.е. уровнем технологий. Леонардо да Винчи много чего изобрел, правда, немного несвоевременно. Как говорится, обогнал свое время.
После появления двигателя внутреннего сгорания, началось его совершенствование по мере возникновения новых возможностей производства. Постепенно эффективность возрастала за счет применения довольно интересных механизмов, о которых я сейчас и хочу рассказать.
Изначально автомобильный бензиновый двигатель был довольно прост – кривошипно-шатунный механизм (как у того же паровоза), система питания и зажигания.



Самой сложной частью ДВС к 80-м, 90-м годам прошлого века стал карбюратор. Последние карбюраторы по сравнению со своими дедушками и прадедушками изменились очень сильно. Особенно сложными были устройства, применявшиеся на внутреннем рынке Японии – механизм оброс огромным количеством трубок, датчиков, соленоидов и клапанов. Если более простые конструкции у нас худо-бедно чинили, то открыв капот какого-нибудь "Хайлакса" карбюраторщик менялся в лице, и в его тоскливом взгляде читался вопрос : "За что мне это?"
Самые эффективные карбюраторы, на мой взгляд, делала на тот момент фирма Veber. Но годы идут, все меняется, появляются нормы ЕВРО 1,2,3,4,5, скоро будет и шесть, так что приходится совершенствоваться и в системе смесеобразования. D-Jetronic, L-Jetronic, Motronic, и наконец, DI-Motronic с прямым впрыском топлива. Распределитель зажигания тоже видоизменялся. Сначала "трамблер", как его у нас называли, был механическим(ВАЗ 2101), потом зажигание стало электронным (ВАЗ 2108), а после нужда в распределителе зажигания отпала. Теперь всем стал заведовать блок управления двигателем. Ныне прямой впрыск рассчитывает количество топлива и воздуха до миллиграмма, искрообразование осуществляется в самый нужный момент. Можно еще что-нибудь улучшить?



Оказывается можно. Должен извиниться за использование исключительно европейских терминов и названия систем, принадлежащих компании Bosch. В Японии развитие шло по аналогичному пути, автомобильной электроникой там всегда занимались небезызвестные Mitsubishi и Hitachi, топливом Nippon Denso, а конечные системы по своей эффективности зачастую превосходили европейские аналоги. Оттуда, с Востока и пришло очередное интересное усовершенствование. Я имею в виду систему DOHC VTEC, которую компания Honda начала использовать в 1990 году.
Довольно необычно, что изначально задумка была одной, а трансформировалась на современных двигателях уже несколько иначе.



Что открывает и закрывает клапана? Распределительный вал (валы). Мысль использовать на системе DOHC (два верхних распределительных вала) два набора кулачков на каждом весьма оригинальна. А ведь действительно, почему нет? Известно, что бытовой распредвал отличается от спортивного именно профилем.  У обычного автомобиля приоритеты отличаются от спортивного. На гражданской технике главное экономичность, хорошая тяга на низах для удобства управления, а в автоспорте имеет значение только мощность и крутящий момент.
В общем, DOHC VTEC от Honda работает так – на низких и средних оборотах кулачки трудятся своим "экономичным" профилем, обеспечивая приемлемые характеристики 1,6 литрового двигателя для повседневных нужд. B16A отличается в стандартном режиме невысоким топливным аппетитом и даже… экологической чистотой. Но если нужно использовать весь потенциал мотора, достаточно просто загнать стрелку тахометра за 6000 об/мин. Гидравлика сдвинет рокера, в работу включаться "мощностные" кулачки, а двигатель начнет выдавать все свои 160 л.с. Хороший показатель для безнаддувного агрегата. То есть на выходе мы имеем как бы два мотора на все случаи жизни в одном флаконе. Один бытовой и один спортивный, удобно.
Впрочем, Honda Civic, на которых и стоял B16A, в Россию было завезено немного.



Система с небольшими изменениями используется по сей день, но на спортивных машинах. На гражданский транспорт ставили конструкции попроще, и/или снижали уровень форсировки. В конце концов, на первый план вылезла именно экономичность и экологичность, что поделать, "зеленые" мотивы теперь явственно присутствуют даже на автомобилях Honda с аббревиатурой "S".
Система SOHC VTEC является упрощенным вариантом DOHC VTEC. Здесь используется всего один распредвал, конструкция компактнее, проще, но слегка перегружена. Variable valve Timing and lift Electronic Control (электронное управление временем открытия и высотой подъема клапанов) работает только на впускных клапанах. С выпуском не получилось – свечи мешаются. Больше их воткнуть некуда. Тема развивалась, появился SOHS VTEC-E, потом 3 stage SOHC VTEC, и наконец, логическим завершением эволюции моторов от Honda, стал i-VTEC. Тут применили еще одну новинку в дополнение к существующим.



То, что ныне используется почти на всех двигателях известных производителей называется словом "фазовращатель". Зачем он нужен? Если бы силовой агрегат работал на постоянных оборотах, фазовращатели бы не пригодились. Но так как обороты меняются от холостых до максимальных, соответственно фазы лучше изменять постоянно для достижения наибольшей эффективности.
Если на низких оборотах с небольшой нагрузкой уместно попозже открывать впускные и пораньше выпускные клапаны для экономии топлива и полного сгорания смеси, то на оборотах максимальной мощности ситуация сильно меняется, особенно для спортивных моторов. На высоких оборотах важна область перекрытия, когда и впускной и выпускной клапаны открыты. Это обеспечивает хорошую продувку цилиндров и достаточный заряд новой смеси.
В общем, сплошные противоречия. На холостом ходу нужно одно, на средних оборотах другое, на высоких, третье. Собственно, с появлением систем подобных i-VTEC от Honda практически все проблемы удалось решить. А фазовращатели вообще позволяют изменять фазы газораспределения плавно и постоянно. Как правило, муфта, поворачивающая распределительный вал в зависимости от частоты вращения в ту или иную сторону вокруг своей оси, контролируется электроникой, осуществляется гидравликой. Обычно их ставят лишь на впускной распредвал. И дело тут не всегда в экономии. При проектировании и производстве Nissan GT-R, к примеру, речь об экономии вообще не шла, однако там фазовращатель тоже стоит лишь на впуске.



Можно еще как-то оптимизировать процесс горения? Видимо да. Но есть такое понятие как себестоимость, а она пока еще довольно высока, чтобы работать над проблемой дальше, хотя время и не стоит на месте. Ранее адаптивные АКПП были доступны только для суперкаров, после выпуска компанией Mitsubishi "автомата" Invecs-II, адаптивная трансмиссия стала доступна и для простых смертных. То же произошло и с турбонаддувом, и с прямым впрыском, так что остается только ждать момента, когда наступит очередной качественный скачок.