Сдвиг по фазе: двигатель
Тема: ГРМ Пример: Mitsubishi Outlander XL
Прав был Козьма Прутков, когда говорил: «Специалист подобен флюсу: полнота его одностороння»! Конечно, узкая специализация в автомобильном мире неизбежна, но ведь далеко не все могут себе позволить иметь несколько автомобилей для различных задач. Приходится идти на компромиссы, подыскивая универсальные решения в виде идеального автомобиля — с двигателем небольшого объема, но мощным, с высоким крутящим моментом, но не слишком прожорливым, экологичным, но эластичным. И несмотря на то что эти требования противоречат друг другу, такое вполне возможно. Для примирения противоречивых характеристик двигатели оснащают системами управления фазами газораспределения.
Как устроен ГРМ
Напомним, как устроен газораспределительный механизм (ГРМ) в традиционном двигателе с двумя верхними распредвалами (DOHC, Dual Overhead Camshafts) без каких-либо систем коррекции. Задача ГРМ — в нужные моменты впускать в цилиндры двигателя горючую смесь и выпускать отработавшие газы. Для этого открывают и закрывают соответствующие впускные и выпускные клапаны, приводимые от распределительного вала с расположенными на нем кулачками. Вращение распредвала жестко синхронизировано с вращением коленчатого вала с помощью цепной, зубчатой или зубчатоременной передачи. Такой двигатель оптимизирован для работы в определенном диапазоне оборотов: для городских машин это обычно область низких и средних оборотов, для спортивных — высоких.
Фазовращение
Описанный выше двигатель не имеет гибкости в выборе моментов впуска и выпуска. Можно, конечно, заняться тюнингом и поменять распредвалы, но это приведет к улучшению одних характеристик в ущерб другим, ведь для каждого режима работы двигателя оптимальные фазы открытия и закрытия впускных клапанов различны. Над тем, как изменять фазы газораспределения в нужную сторону, автоинженеры начали думать еще в 1960-х. А в начале 1990-х такие системы стали ставить в массовые автомобили. Рассмотрим разработанную конструкторами Mitsubishi систему электронного управления фазами газораспределения MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system).
Выбрать момент
Распредвалы двигателя с системой MIVEC оснащены не обычными шестернями ГРМ, а фазовращателями. Это муфты, способные «подкручивать» распредвал относительно его начального положения в ту или иную сторону в небольших пределах. В зависимости от оборотов и нагрузок на двигатель электронная система дает команду электромагнитному клапану гидравлической системы, и давлением масла внутренняя часть фазовращателя регулирует угол опережения или запаздывания открытия и закрытия клапанов.
На холостом ходу такая система старается минимизировать перекрытие фаз (то есть время, когда впускные и выпускные клапаны открыты одновременно), иначе выхлопные газы попадут во впускной коллектор, а часть горючей смеси — в выпускной. А вот чтобы добиться на низких оборотах достаточного крутящего момента, нужно закрывать впускные клапаны с опережением, а выпускные открывать с запаздыванием для увеличения степени расширения (и тем самым эффективности цикла). Для улучшения продувки цилиндров перекрытие фаз нужно увеличивать по мере повышения оборотов. Применение такой системы дает возможность не только увеличить момент и мощность на низких оборотах, но и уменьшить потребление топлива, выбросы выхлопных газов, а также минимизировать шум и вибрацию двигателя.