Комфорт из вакуума: активная опора двигателя на примере Toyota Highlander

Пожалуй, самой популярной опорой силового агрегата в автомобиле издавна считаются резиновые подушки. Резина предоставляет вибрирующему двигателю относительную свободу движений и таким образом неплохо гасит колебания. Важнейший недостаток резиновых опор — они не препятствуют, а порой даже способствуют возникновению резонанса, в результате которого кузов начинает вибрировать еще сильнее. Резиновые подушки уступают другим видам опор и с точки зрения износостойкости.

Гидравлические опоры содержат жидкость, которая выполняет те же функции, что и резина, — обеспечивает силовому агрегату подвижность. Жидкость более динамична, чем резина. Она быстрее отрабатывает колебания двигателя, оставляя меньше шансов для возникновения резонанса.

Первая публикация, посвященная идее активного подавления вибраций, появилась в журнале Международного общества автомобильных инженеров SAE в 1986 году. Инженеры Mitsubishi сообщали, что в ходе эксперимента им удалось снизить уровень вибраций на месте водителя на 16 дБ. В качестве вывода они предрекали скорое воплощение подобной системы на серийных автомобилях.

Ждать пришлось довольно долго. Лишь с 1998 года активными опорами силового агрегата, использующими в качестве источника энергии разрежение во впускном коллекторе, стали щеголять серийные Lexus. Конкуренты не заставили себя долго ждать: в том же году в свет вышли дизельные Nissan, в 2000-х появились Honda с аналогичной системой.

На современном Toyota Highlander используется активная опора двигателя (ACM, Active Control Mount) спереди в сочетании с пассивными гидравлическими подушками сзади. Как можно увидеть на схеме, активная опора также содержит камеру с гидравлической жидкостью и работает как гидроподушка. Разница в том, что дном этой камеры служит диафрагма. С другой стороны от нее располагается воздушная камера, соединенная с вакуумной системой посредством клапана с электронным управлением.

Благодаря клапану воздушная камера по очереди сообщается то с впускным коллектором, то с атмосферным воздухом. Это заставляет диафрагму колебаться, изменяя давление гидравлической жидкости в опоре. Клапан управляется компьютером на основе показаний датчика положения коленвала. Таким образом, опора вибрирует точно в противофазе с вибрацией самого двигателя и гасит его колебания. Система работает только на холостом ходу. В движении, когда двигатель и так стабилен за счет повышенных оборотов, клапан закрывается и активная опора превращается в обычную гидравлическую подушку.

Существуют аналогичные ACM-системы, конструктивно отличающиеся от вакуумных опор Toyota. В 2003 году Honda представила двигатель с переменным рабочим объемом VCM (Variable Cylinder Management). Его суть заключается в способности отключать часть цилиндров, когда максимальная мощность не требуется. Так, 6-цилиндровый мотор на шоссе может становиться 4- или 3-цилиндровым, перекрывая подачу топлива в соответствующие камеры сгорания.

Внедрение VCM сделало активные опоры двигателя жизненной необходимостью: мотору, который создан 6-цилиндровым, непросто сохранять баланс, ополовинившись. Особенно чувствительным может оказаться момент переключения между стандартным и экономичным режимами.

ACM от Honda — это обычные гидравлические опоры, к камерам которых подведены гидравлические магистрали. Каждая магистраль ведет к соленоиду, повышающему или понижающему давление в камере по команде процессора. Достоинство системы Honda — в ее колоссальной гибкости: согласно поставленной задаче она может работать на любых оборотах двигателя. Главный недостаток заключается в том, что соленоид потребляет электроэнергию, в то время как вакуум в системе Toyota можно считать бесплатным.