Мотор стал «тупить»? Вот что надо проверить

В поршневом двигателе внутреннего сгорания совмещаются две совершенно разные стихии. Первая – жесткая, металлическая, четко двигающаяся по простейшим законам кинематики механическая часть. Вторая – легкий, почти невесомый, но при этом инерционный поток воздуха или газов.

Многие десятилетия управление потоками воздуха и отработавших газов четко определялось геометрией кулачков распредвала. Моменты открытия и закрытия клапанов – так называемые фазы газораспределения – тоже были жестко заданы шестернями или цепью, которые связывали коленчатый и распределительный валы.

При этом и фазы газораспределения, и профиль кулачков распределительного вала подбирались как компромисс, чтобы двигатель мог удовлетворительно работать и на холостых, и на средних режимах, и на «максималке». Недаром при форсировке двигателей для спорта механики ставили распределительные валы с другими профилем, с большим подъемом клапанов и измененными фазами. Это тоже был компромисс: многие замечали, что двигатели спортивных автомобилей неустойчиво работают на малых оборотах, норовя заглохнуть. Ведь их настоящая жизнь начиналась где-нибудь после 5000 об/мин. Гражданским же автомобилям нужны достойные характеристики во всем диапазоне оборотов.

Самый распространенный способ управления газораспределительным механизмом – фазорегуляторы (фазовращатели). Они сегодня встречаются на подавляющем большинстве двигателей – включая, например, мотор ВАЗ‑21179 объемом 1,8 л.

В общем случае фазовращатель – специальная муфта, которая под действием гидравлики и управляющей электроники поворачивает распределительный вал на определенный угол относительно его первоначального положения. В первую очередь система устанавливается на впуске. Необходимый закон изменения фаз довольно сложный и представлен в виде диаграмм.

Что требуется обеспечить?

В идеале – правильное наполнение цилиндров. Однако фазорегулятор не может изменить ширину фазы газораспределения: он лишь смещает ее по отношению к коленчатому валу. Ширина фазы газораспределения определяется профилем кулачка – пока будем считать ее неизменной. На диаграммах представлены фазы газораспределения, необходимые на основных режимах.

1. Минимальные обороты ­холостого хода

Здесь желательно, чтобы количество остаточных газов в цилиндре было минимально. Нужно обеспечить позднее открытие и позднее закрытие впускных клапанов. А выпускной распредвал нужно повернуть в положение, когда выпускные клапаны закрываются задолго до верхней мертвой точки. При этом сокращаются такты сжатия и рабочий ход, стабилизируются сгорание в цилиндрах и равномерность холостого хода.

Выпускной распредвал стоит в столь раннем положении только на холостых. При любых других режимах он переводится в более позднее положение. Поэтому его можно фиксировать всего в двух положениях, а на более простых двигателях вовсе не использовать регулирование фаз на выпуске.

2. Режим небольших нагрузок и оборотов (режим рециркуляции)

Автомобиль движется равномерно и неспешно. Выпускной распредвал должен быть повернут для более позднего открытия и закрытия клапанов.

Для снижения токсичности выхлопа здесь применяется режим рециркуляции отработавших газов. Рециркуляция позволяет снизить температуру рабочего процесса, что уменьшает образование окислов азота.

Наличие фазовращателей позволяет использовать внутреннюю рециркуляцию: впускной клапан открывается очень рано и происходит подмес отработавших газов к свежему заряду. Значит, в этом режиме впускной распредвал надо повернуть в максимально раннее положение. На таком режиме снижаются выбросы вредных веществ и достигается достаточная мощность при низком расходе топлива.

3. На максимальном крутящем моменте

Педаль газа нажата до упора, а обороты еще сравнительно невелики. Двигатель должен показать всё, на что он способен, – о рециркуляции речь уже не идет. Поэтому впускной клапан нужно открывать немного позже. Перекрытие клапанов минимально. Это обеспечивает максимальное наполнение цилиндра воздухом. А получается такой режим небольшим доворотом впускного распредвала в сторону запаздывания.

4. На максимальной мощности

Педаль газа нажата до упора, обороты выросли до номинальных. Скорость потоков, как воздуха, так и отработавших газов, – максимальна. Впускной клапан нужно открывать немного позже верхней мертвой точки и закрывать относительно поздно после нижней мертвой точки. Впускной распредвал надо повернуть в довольно позднее положение, но всё же не в такое, как на режиме холостого хода. При этом энергия быстрого потока во впускной системе позволит дозаряжать воздухом цилиндр и снимать максимальную мощность.

Выводы

Управлять фазами на выпуске необходимо только для обеспечения режимов минимальных оборотов холостого хода и близких к ним. Поэтому многие недорогие моторы обходятся без фазовращателя на выпускном распредвале.

На впуске нужно обеспечить работу фазовращателя на нескольких углах – то есть более тонкую и плавную регулировку. Для этого требуется подача масла в управляющие полости фазорегулятора с помощью клапана, контролируемого ЭБУ с помощью ШИМ-регулятора (широтно-импульсной модуляции).

Фазорегулятор состоит из двух основных частей, которые могут поворачиваться друг относительно друга на определенный угол. Достигается это подачей масла из системы смазки под давлением через управляющий клапан. Подачей масла в ту или другую полость достигается доворот распредвала по отношении к шестерне, связанной цепью или ремнем с коленчатым валом.

Диагностика

Неисправность фазорегулятора приводит к неприятному треску, который хорошо слышен на непрогретом моторе. Следствие – плохая реакция мотора на педаль газа. При этом обычно загорается сигнал Check Engine.