Система изменения фаз газораспределения: о VVT простыми словами

На многих автомобилях красуются блестящие шильдики «VVT». На крышках моторов их можно встретить ещё чаще. «Что это за буквы?» – вопрос иногда ставит в тупик продавцов-консультантов и даже мастеров СТОА. В лучшем случае Вы услышите что-то малопонятное про газораспределительный механизм. Ваша просьба уточнить: какие плюсы и преимущества дают эти «три весёлых буквы» – часто остаётся «без комментариев».

А ведь система изменения фаз газораспределения ( VVT [англ. Variable Valve Timing] является одним из её торговых названий) или «фазовращатель» скоро отпразднует 100-летие своего появления на двигателях внутреннего сгорания. Однако, слишком долго такие системы применялись исключительно в автоспорте и гонках, а появившись на «обычных» авто, не стали предметом вожделения, как, например, турбонаддув или «16 клапанов», при этом играя в совершенстве моторов первостепенное значение.

В этой статье мы восстановим справедливость и расскажем Вам – что такое VVT, CVVT, VANOS, MIVEC, и им подобные названия, именующие по сути одну и ту же систему, очень важную и полезную.

Зачем нужна система управления фазами газораспределения

Простейший опыт, объясняющий всё необходимое

Проделаем простейший опыт. Возьмите длинную жёсткую трубку длиной более 1 метра и внутренним диаметром примерно 1 см плюс/минус полсантиметра. Край протрите от микробов, потому что его придётся взять в рот (я серьёзно, без дурацкого смеха))). Наберите, насколько возможно, полные лёгкие воздуха. И ….

Первая часть опыта. Герметично охватив губами край трубки — неспеша вдувайте туда воздух и когда дыхание закончится — резко закройте отверстие языком. Что чувствуете? Да почти ничего. Так … может быть язык легонько вдавит внутрь отверстия, и не более

Вторая часть опыта. Также герметично … Но теперь резко, усилием всех лёгких «пока дыхалки хватит» вдуйте в трубку весь объём воздуха и сразу (!) заткните языком отверстие … О-па! Летящий по трубе воздух по инерции прям чуть ли не весь язык в это отверстие за собой норовит засосать!!!

Суть опыта в том, что, благодаря ему Вы реально ощущаете, что воздух обладает массой (m) и импульсом (p = mv) – чем с большей скоростью (v) эта масса перемещается по трубке, тем больше импульс, а значит и инерция.

Этим эффектом заинтересовались ещё в 1910-х годах, и реализовали его путём короткой фазы взаимного открытия впускных и выпускных клапанов на границе 4-го и 1-го тактов 4-тактного ДВС. То есть — в момент, когда 4-й такт выпуска подходит к своему завершению, и отработавшие газы несутся по выпускному коллектору — их инерцию можно использовать для принудительного засасывания свежей смеси из коллектора впускного. Своего рода — инерционный наддув. Так и есть.

Пока рабочие обороты ДВС (до 60-70 г.г.) лежали в зоне до 3-4 000 об/мин — было достаточно просто зафиксировать длительность этой фазы взаимного открытия. Однако по мере совершенствования моторов, увеличения и расширения зоны их наиболее эффективных оборотов (до 5-6 000 об/мин), как и общего увеличения частоты вращения коленвала (до 8 000 об/мин и выше) в совокупности с вариантами увеличения/уменьшения диаметра поршня и его хода — появилась возможность управления «характером» двигателя – сделать его более тяговитым или быстрым, высоко- или низкооборотным, агрессивным или комфортным, и т.д.

Ещё в 70-х встала проблема — на низких оборотах впускные клапаны хотелось бы открывать попозже, а на высоких — пораньше. Тогда движок можно сделать более универсальным, привив ему «характер» одинаково дружелюбный и «спортсменам», и «дачникам». Как это сделать? И в 80-х появились первые массовые системы изменения фаз газораспределения.

Немного истории: c чего начиналось

Первая официально запатентованная и работоспособная технология изменения фаз газораспределения с помощью механизма, сильно напоминающего десмодромный (в настоящее время – «фирменная черта» двигателей мотоциклов Ducati), была запатентована Porsche в 1959 году, но до серийного воплощения она так и не дошла, блеснув в Формуле 1 и «Ле-Мане». К слову, есть и более ранние патенты Cadillac, Vauxhall и др., оформленные ещё в 30-х и 40-х годах, но дальше экспериментов дело не продвинулось.

Первым стал FIAT, точнее его блистательные спортивные Alfa Romeo 75, получившие в 1986 году даже сегодня потрясающий своей «продвинутостью» бензиновый 2-литровый «Twin Spark». Помимо двух свечей на цилиндр и двух распределительных валов (Twin Cam), при 8-клапанной (!) схеме (16-клапанная появится в 1997 году), впервые в мире серийно он оснащался электромеханической системой смещения фаз газораспределения с помощью электромагнитной муфты, с которой был связан ещё и один из распределителей зажигания на «нечётную ветвь» свечей.

Для конца 80-х снимаемая с 2-х «атмосферных» литров мощь в 148 л.с. считалась «чудовищно» высокой, а с учётом развиваемой с 5600 об/мин вплоть до «красной зоны» на 8000 об/мин и «отсечки» на 8700 об/мин максимальной мощности: никто даже не помышлял усомниться в том, что «Альфы» — это действительно «Феррари для всех». Сопутствовали успеху и блестящие триумфы Alfa Romeo в самых крутых международных и национальных гоночных чемпионатах, как и победы её «сестры» Lancia Delta на раллийных трассах с теми же движками.

Японская Honda уже в конце 80-х ставшая авторитетом в Формуле 1 своими гоночными моторами и чемпионскими титулами Айртона Сенны и Алена Проста, конвертировала своё технологическое преимущество в серийной технике. С 1989-го в продаже появились спортивные автомобили Honda Integra, Civic CRX и др., оснащённые 1.6-литровым «атмосферником» с технологией впрыска PGM-F1 и системой изменения фаз VTEC, что позволило снять со скромного рабочего объёма рекордные 150-160 л.с. Успех был потрясающим, автомобили и моторы – стали легендарными, а присущий «японцам» потенциально большой ресурс лишь «разогрел» внимание к новинкам. Пока эти машины были новыми – всё шло хорошо, но по мере накопления пробега «вылезли» недостатки.

Их «ахиллесовой пятой» стала … даже не столько механическая или эксплуатационная надёжность, сколько социальная и региональная! Попав в Россию в 90-х этих «чистопородных скакунов» заправляли отнюдь не заграничным «Супером 95 или 98», а «чем придётся», в том числе и «палёным» 92-м. Моторные масла использовались – тоже отнюдь не предписанные, и на которых приходилось ездить заметно дольше, чем указывалось в заводском техрегламенте. Поэтому жила у нас эта сногсшибательная в Европе, Америке и Японии техника — весьма недолго. Благодаря «Кулибиным» и «Ломоносовым» ресурс удавалось продлевать до нескольких сот тысяч километров, но это было лишь «продлением агонии». Инженерам автопроизводителей было ясно – нужна какая-то более простая и надёжная система. Поэтому до начала 2000-х большинство крупносерийных движков не имели фазорегуляторов.

В 1992 году Porsche запатентовала систему Valvematic со смещением фаз посредством давления масла в основной системе и следственным перемещением муфты с винтовым направляющим элементом. В течение последующих нескольких лет Denso и Borg&Warner разработали близкие по принципу действия конструкции, в которых изменение фаз под действием давления масла осуществлялось перемещением соосного распредвалу ротора. Относительно других конструкция оказалась более простой, компактной и надёжной, а главное – ею мог управлять внешний клапан любой удобной конструкции, размещённый в наиболее подходящем месте, которым будет рулить мозг компьютера.

В 2000-м году одними из первых систему VVT применили в PSA Peugeot Citroen на «атмосфернике» 2.2 16v 158 л.с. (EW12J4). Через несколько лет её получили «родные братья» 1.8/125 л.с. (EW7A) и 2.0/140-147 л.с. (EW10A/10D). В это же время Variable Valve Timing «взяли на вооружение» все главные игроки авторынка – Toyota, VAG, Ford, GM, Mitsubishi, MB, BMW и др. Нет смысла выделять первенство какой-то одной марки – явная прерогатива у поставщиков компонентов и технологий, да и сам принцип VVT является примером «общего дела», которым (редкий пример в автоиндустрии) занимались все «гранды» вместе, понимая взаимную общую выгоду.

Преимущества системы VVT

Первостепенные цели и задачи системы управления фазами газораспределения:

• Расширить зоны максимумов крутящего момента и мощности по оборотам;
• Оптимизировать наполнение цилиндра свежим зарядом топливовоздушной смеси при более полном и скором удалении выхлопных газов;
• Сделать двигатели более эластичными;
• Улучшить характеристики мотора при одновременном снижении расхода топлива.
• Уменьшить количество и частоту переключения передач (особенно на «механике»), тем самым повысить комфорт водителя.

Иногда декларируемые некоторыми автопроизводителями экологические выгоды и «зелёные» преимущества VVT — это уже косвенные эффекты, которые являются следствием работы двигателя на более оптимальной смеси и увеличенного КПД. Ведь физику «вокруг пальца не обведёшь»! При повышении коэффициента полезного действия, повышается всё остальное, и «экология» в том числе. Если пытаться поспорить с физикой, и «в угоду экологии» что-то ухудшить — это невозможно. …. Если только не подтасовывать факты и заниматься мошенничеством с цифрами и характеристиками.

А если совсем «простонародно», то … Говоря о «бензинках» – зададимся вопросом: чем хороши дизели? Тем, что они «тянут» во всём диапазоне своих оборотов и водитель всегда знает, что «под педалью всегда есть запас». В конце 80-х — начале 90-х, во время расцвета «классических» бензиновых 16-клапанников, было замечено, что их надо «крутить», причём — чем выше их возможности, тем более активно приходилось орудовать педалью газа и чаще перемещать рычаг МКПП. Это рождало определённый дискомфорт, особенно в мегаполисах и «пробках». Так вот как раз, чтобы «по тяге» характеристики «бензусов» приблизить к дизелям – и появились системы VVT. Бензодвижки с фазорегуляторами стали лучше «тянуть на низах». Улучшилась их экономичность при движении в городских условиях, а значит и владелец стал тратить меньше денег на бензин. Управление автомобиля стало более комфортным благодаря сильно снизившейся необходимости «маслать» рычаг переключения передач. «Автоматы» стали жить дольше, так как им необходимо реже переключться. Возрос и ресурс самих ДВС – оставаясь в разряде «миллионников», при этом весьма увеличив свои харектеристики. Вывод напрашивается сам собой – системы VVT являются чуть ли не самыми дружественными водителю, ибо даже при их отсутствии мотор будет «просто 16-клапанником», как в старом анекдоте про лося, который при падении с ёлки оторвал «кое-что» – «А я лось. Просто лось». Шутка!)))

Альтернативные VVT фазорегуляторы

В настоящее время различают две системы изменения фаз газораспределения:

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

В качестве примера удобно рассмотреть двигатели BMW: у тех, что имеют в торговом названии слово VANOS фазы изменяются только на впуске, а у которых Double VANOS – на впуске и выпуске. Похожие обозначения и у Toyota – VVT-i и DVVT-i.

К слову, маркетинговые наименования VVT, СVVT, VVT-i, e-VVT, VTC, VCT, MIVEC и VANOS относятся практически к одной и той же конструкции фазовращателя (-елей), которые отличаются друг от друга лишь незначительными и непринципиальными нюансами.

Существует ошибочное мнение, что изменение фаз газораспределения каким-то образом связано с системой изменения высоты подъёма клапанов. Суть этих заблуждений в том, что обе изначально созданы для разных целей и могут существовать порознь, независимо друг от друга, а могут быть и совмещены вместе в единую конструкцию. Яркий пример этому – двигатели PSA семейства EP:

• 6 VTi 120 л.с. (EP6C) «атмосферник» с фазовращателями на впуске и выпуске, а также системой изменения высоты подъёма клапанов VTi, аналогичной Valvetronic у BMW, без дроссельной заслонки;
• 6 THP 150 л.с. (EP6CDTM) с одной муфтой VVT на впуске, регулировкой газа привычной дроссельной заслонкой и турбокомпрессором Twin Scroll Borg&Warner;
• 6 THP 200 л.с. (EP6CDTX) совместил в себе все инновации семейства: впускной и выпускной вариаторы фаз, бездроссельный подъём клапанов VTi и турбонаддув «двойная улитка».

Ведь поворот распредвала осуществляется поворотом ротора муфты, по сути являющейся зубчатым шкивом ремня или «звёздочкой» цепи в приводе ГРМ, а подъём клапанных тарелок изменяется через толкатели («рокеры») – эти два механизма могут быть связаны только компьютером управления. У i-VTEC от Honda эти функции частично совмещены, но в то же время и система — заметно сложнее.

Системы изменения высоты подъёма клапанов (Valvetronic, VTi, Valvelift и т.п.) созданы в качестве альтернативы дроссельной заслонке, то есть для управления «газом». Изменение оборотов с помощью привычного дросселя имеет значительный недостаток – заслонка создаёт внушительное сопротивление поступающему в двигатель потоку воздуха, тем самым затрудняя смесеобразование с топливом и ухудшая степень наполнения цилиндров свежей топливовоздушной смесью.

Изменяя высоту подъёма клапанов на впуске – появляется возможность варьировать количество поступающей смеси без дросселя, а значит удалить насосные потери и вредное сопротивление заслонки потоку воздуха. Как видите – к фазам газораспределения эта система не имеет прямого отношения. В то же время она может находиться в симбиозе с VVT.

Ещё один предрассудок: двигатели с изменением фаз на впуске и выпуске (пример: Дабл ВАНОС БМВ) – якобы лучше, современнее и совершеннее, чем те, у которых фазовращатель только на впуске (просто ВАНОС). Прямая зависимость между техническими кондициями мотора и количеством его фазовращателей – отсутствует. Здесь главенствует адаптация двигателя конкретной марки и модели к достижению заданных «потребительской нишей» характеристик и темперамента силового агрегата. А одна, две или более у него муфт VVT – не имеет никакого значения.

Возможные проблемы и способы их устранения

1. Моторное масло у двигателей, имеющих регулятор фаз газораспределения, обязано строго соответствовать одобрению или нормативам автопроизводителя. Пример: в системе смазки «атмосферного» бензинового EW10A предписано применять Total Quartz 9000 5W-40 или имеющее допуск PSA B71 2296. Дело в том, что корректность работы фазовращателя, а именно – смещение на определённый угол при заданных оборотах и нагрузке, непосредственно «завязано» на вязкость и давление масла. Если оно окажется более текучим или слишком вязким — алгоритм функционирования системы нарушится, что ухудшит работу двигателя и впоследствии может обернуться большим количеством проблем. Поэтому не «покупайтесь» на рекламные заявления о «феноменальных выгодах» продуктов некоторых производителей ГСМ – ожидания чуда могут обернуться позорным фиаско и большой потерей денежных средств.
2. Экономия на качестве моторного масла тоже закончится плачевно. Низкокачественные, контрафактные и суррогатные «жижи» неизбежно приведут к обильным отложениям продуктов износа и окисления в камерах статора муфты VVT (мест для скапливания грязи и мусора в них – хоть отбавляй). На поверхностях трения появятся задиры. Процесс износа станет лавинообразным. Через некоторое время фазорегулятор начнёт «хандрить». Если это вовремя не «вылечить»– муфта заклинит, после чего может потребоваться долгий и дорогой ремонт. Чтобы этого не произошло – моторное масло следует применять только предписанное заводом-изготовителем, менять его с соблюдением требуемой периодичности и использовать только те ГСМ, в высоком качестве которых Вы уверены на 100%!
3. Муфты VVT столь же надёжны, как и «обычные» зубчатые шкивы ремней и «звёздочки» цепей ГРМ. Однако и они при больших пробегах требуют замены из-за естественного износа. Здесь тоже притаилась потенциальная «мина замедленного действия»: на рынке большое количество изготовленных кустарными методами подделок и контрафакта из «поднебесной», ведь муфты VVT – изделия хоть и «долгоиграющие», но отнюдь не дешёвые. Поэтому, если замена всё-таки требуется – применяйте только «оригинал» или «фирменные» изделия авторитетных производителей. Пример: некоторые жлобски настроенные владельцы Peugeot и Citroen при необходимости замены фазовращателей на моторах PSA EW7A/10A/12A напрочь перечёркивают их неоспоримую долговечность, применяя китайские муфты VVT от Baificar вместо штатных японских Denso или INA. Результат: через 30-40 000 км после замены они начинают «греметь», истекать маслом, движки работают неровно и отказываются заводиться зимой, в то время, как «оригинал» от Денсо и ИНА надёжно работают и не вызывают проблем на протяжении 200-300 000 км.
4. При замене муфт VVT не забывайте менять все связанные с ними резиновые прокладки, уплотнения и сальники. Ведь фазорегуляторы: узлы, которые меняются «раз и на всегда», т.к. при ошибке или жмотской экономии «на спичках» для устранения проблемы неизбежно придётся снова всё разбирать и регулировать заново и задорого. Поэтому намного выгоднее – в течение одного акта совершить весь, исчерпывающий комплекс замен компонентов даже в том случае, если они кажутся целыми и работоспособными, но это предписано техрегламентом или руководством по ремонту и обслуживанию.
5. РТИ и прокладки, при замене фазовращателей, разумеется – тоже обязаны быть от авторитетных производителей или оригинальные. При их покупке предпочтение следует отдавать только известным своим качеством брендам и не гнаться за низкой ценой (подделок и здесь – море). Если Вы «не знаток» в этом деле – советуем продукцию – Elring, Febi, Glaser, Goetze, SWAG, Victor Reinz, при условии, что приобретаемое изделие является подлинным и куплено у официального дилера этих брендов (можно узнать на сайте производителя).
6. Работы по обслуживанию и замене муфт VVT следует вести только на специализированных СТОА руками опытных мастеров. Будет необходимо применение некоторого количества специнструмента (у некоторых немецких и японских марок для этой операции может потребоваться до десятка спецприспособлений!), который даже в солидных магазинах автозапчастей не продаётся, и попав к Вам в руки – требует опыта и навыков профессионального использования. «Подручные средства» и «не боги горшки обжигают» в этом деле неуместны — в случае даже невинной ошибки всё может закончиться капитальным ремонтом двигателя. Причина всего этого – в необходимости соблюдения ювелирной точности производимых работ и неукоснительного соблюдения технического регламента, независимо от марки и степени сложности движка.
7. Компьютерная диагностика систем VVT на современных автомобилях не вызывает проблем. Параметры её работы фиксируются несколькими датчиками, а работой управляющего клапана (-нов) заведует отдельный компьютер или программа ECU. Причём, для тестирования лишь в редких случаях нужен специальный дилерский диагностический комплекс – в подавляющем большинстве случаев есть возможность «прочитать» информацию о работоспособности фазовращателя с помощью «неофициальных» тест-компьютеров. Главное, чтобы специалист был опытный и разбирающийся в сути VVT.
8. Клапан фазорегулятора бывает причиной перебоев в работе мотора и скачков его оборотов. Часто это – не причина, а следствие вышеперечисленных проблем. Следствия таковы:
   

   • Шток золотника покрыт излишним количеством отложений и подклинивает;
   • На защитных сетках осело слишком большое количество мусора и их проницаемость снизилась;
   • Из-за большого количества металлической «пудры» износ увеличил зазоры, нарушилась герметичность, возникло осевое «биение».

Нельзя отбрасывать и влияние внешних воздействий:

• Окисление электрических контактов клапана VVT;
• Естественное старение изоляции катушек солёноида из-за внешнего (если в результате тюнинга рядом с ним установлен какой-то горячий элемент) или внутреннего (когда корпус покрыт слоем пыли или сухой грязи, играющих роль теплоизолирущей «шубы») перегрева;
• Механические повреждения, случайно и/или незаметно нанесённые в процессе обслуживания ДВС.

Промывание клапана в мощных растворителях с целью вернуть ему работоспособность иногда на короткое время помогает, но это не снимает главную проблему: если он работает некорректно, тем более заклинил – чтобы не тратить уйму ненужного времени и лишних денег — его лучше заменить новым.

9. Промывание муфты VVT должно производиться только после её демонтажа. Попытки сделать это путём добавления в масло «чудодейственных» моющих присадок – обречены на провал. Нужно понимать, что если фазорегулятор внутри загрязнён, то в масляной системе количество шлаков и отложений не менее велико. В процессе растворения, кучи мусора могут устремиться по каналам и осесть как раз в камерах фазовращателя, тем самым — ещё более ухудшив ситуацию.

Если муфта демонтирована и погружена в ванну с мощным растворителем (подойдёт даже уайт-спирит), то часто её работоспособность удаётся восстановить. Разумеется, после такой «бани» её следует дополнительно и тщательнейшим образом промыть изнутри потоками растворителя, впрыскиваемыми через соответствующие каналы с помощью специальных шприцов или спрынцовок. Время потребуется изрядное – все перемещения обязаны происходить без заеданий. Этот метод позволяет освободить заклинившие стопорные штифты, фиксаторы и прочие перемещающиеся элементы механизма муфты. На многие из них придётся нажимать с помощью подручного инструмента – используйте для этого подходящие пластмассовые или деревянные палочки, которые не смогут нанести царапины весьма тонким и деликатным поверхностям фазовращателей.

Однако эффект таких мероприятий может быть и — нулевым. Причина в том, что в среде накапливающихся загрязнений муфте приходится работать слишком долгое время, и к моменту заклинивания все её внутренние рабочие поверхности могут иметь закритический износ. Растворив всех «супостатов» и приведя фазорегулятор во вроде бы рабочее состояние, размеры его зазоров и осевые биения могут сделать невозможной его последующую нормальную эксплуатацию. Если этого вовремя не заметить – можно нанести фатальные повреждения движку.

Мы не смеем отрицать эффективность промывки муфты VVT, как невозможно спорить с «чудом последней соломинки». В то же время, основываясь на опыте, аргументах и фактах – слишком часто и непомерно регулярно приходится констатировать, что покупка и установка новой муфты VVT взамен изношенной оказывается в десятки раз более выгодным во всех отношениях мероприятием, нежели попытки реанимировать вышедший из строя девайс.

Выводы о системах управления фазами двигателя

Фазорегуляторы VVT, как системы:

• Простые
• Эффективные
• Обеспечивающие множество выгод и преимуществ при минимуме недостатков.

Чтобы они работали надёжно и беспроблемно: для них не надо дополнительных условий и мер – они точно такие же, какие необходимы для высокоресурсной, уверенной и беспроблемной эксплуатации двигателей в непростых российских условиях. Если Вы заботитесь о своём автомобиле – он ответит непогрешимостью своей работы, даруя Вам кайф от владения им на протяжении многих лет и сотен тысяч километров. Вспомните очень позитивную пословицу наших с Вами предков-шоферов: — «Машина любит: ласку, чистоту и смазку». Актуально – и сегодня!