DOHC-VTEC vs VANOS

Турбулентность-2 текст: .Stinger Итак, определились (см. «Моторевю» №10 2004): чем шире фазы и больше сечения каналов ГРМ, тем лучше «верхи» и тухлее «низы», и наоборот. А можно ли сделать так, чтобы и «верх» был в порядке, и провал на меньших оборотах отсутствовал или хотя бы был поменьше? Оказывается, можно. Хотя и сложно. ДВА В ОДНОМ Построить мотор с высокой литровой мощностью – не такая уж и проблема при нынешних технологиях. Создать движок с «тракторной» тягой на «низах» еще проще. Но это будут разные моторы. И в первую очередь различия сведутся к параметрам ГРМ: у первого мотора фазы пошире, сечения побольше, у второго – наоборот. Очевидно, что для получения двигателя с великолепными «верхами» и в то же время достаточно эластичного придется совмещать, казалось бы, несовместимое. Именно «казалось бы». Самый простой способ получения двух ГРМ в одной головке придумали Honda и Suzuki. Они решили… подключать два из четырех клапанов только на высоких оборотах. Таким образом, проблема сечений разрешается радикально (хотя и ступенчато), правда, остается открытым вопрос с фазами, но эта проблема в значительной мере (хотя и не полностью, о чем ниже) сглаживается за счет все тех же узких проходных каналов. Suzuki прибегла к механике, Honda призвала на помощь гидравлику. Работает ее система, названная Hyper VTEC, следующим образом. По достижении коленвалом 7000 об/мин подается масло под чашеобразные толкатели, и оно своим давлением смещает палец с отверстием, находящийся между толкателем и стержнем клапана, после чего клапан начинает нормально работать под воздействием распредвала. На малых же оборотах палец возвращается в исходное положение, и стержень клапана проходит через отверстие в пальце. Длина же самого «хитромудрого» клапана недостаточна для нормальной работы без посреднической роли пальца, и он не открывается. Точнее, почти не открывается: некоторый ход его – менее миллиметра – остается-таки во избежание «залипания». Автомобилистам пришлось решать вопросы «двойного газораспределения» намного раньше, с ужесточением экологических норм. К тому же падение эластичности мотора (что, как мы знаем, неизбежно с ростом литровой мощности) на автомобилях воспринимается куда болезненнее как в силу изначально меньшей «спортивности» этих транспортных средств, так и в силу меньшей энерговооруженности. И первыми к реализации схемы «два в одном» приступили производители самых «драйверских» авто: Alfa Romeo, BMW и Honda. Первой, еще в конце 80-х, «выстрелила» Alfa. Ее рецепт был прост до гениальности: в шестерню впускного распредвала встроили фазовращатель – что-то вроде разрезной шестерни, но с дистанционным приводом и электронным управлением. На высоких оборотах вал относительно венца шестерни сдвигался, увеличивая, таким образом, перекрытие фаз, а на «низах», напротив, перекрытие уменьшалось. Таким образом, при сохранении приемлемых характеристик на малых и средних оборотах ничто не мешало сделать «верхи» повеселее. В 1993 году схожая система под названием VANOS появилась и у BMW, оставив в прошлом «подхват» на «верхах», коим славились «бумеры» 60-80-х. А спустя пару лет баварцы установили фазовращатель и на впускной вал, заодно добавив в обозначение системы приставку Double. Сейчас подобные системы в том или ином исполнении применяют многие автомобилестроители, и кое-кто пошел на логическое продолжение идеи, сделав изменение положения распредвала не ступенчатым, а плавным, в зависимости от частоты вращения. Прочие же отличия сводятся к типу фазовращателя – электрическому или гидравлическому. Другим путем пошла Honda. Ее система, названная VTEC (не путать с вышеупомянутой Hyper VTEC!), предусматривала отдельные кулачки для высоких и средних оборотов. В первоначальном виде, явленном миру в 1989 году, она работала следующим образом. На каждую пару клапанов (впускных и выпускных, четыре на цилиндр) работало три кулачка: два «низовых» и один «верховой». На «низах» и «середине» ГРМ работал, как обычный DOHC 4 с приводом клапанов посредством рокеров. А вот при дальнейшем росте оборотов происходило следующее: толкатель, расположенный под «верховым» кулачком, блокировался со своим «низовым» собратом. Таким образом, клапанами управлял уже «верховой» кулачок с более широкими фазами и увеличенным подъемом. Такая система позволила снимать вполне мотоциклетную литровую мощность с автомобильного двигателя, требования к эластичности которого, как я уже упоминал, несравнимо более высокие. В дальнейшем система видоизменялась. Так, вариант 3-Stage SOHC VTEC подразумевает наличие одного распредвала, но трех режимов (помимо описанных, есть «низовой», когда два из четырех клапанов переключены на еще один кулачок в форме кольца, и таким образом постоянно закрыты). А система i-VTEC подразумевает наличие еще и фазовращателя. Мимо такого вызова не могли пройти инженеры BMW. И ответили системой Valvetronic, занимающейся исключительно изменением подъема клапанов, причем плавным, со своим значением на каждой частоте вращения. При такой системе, совмещенной с VANOS, и впрыске топлива оказываются ненужными… дроссельные заслонки! Да-да, сечение впускных каналов изменяется от нуля до максимума, а значит, лишними железяками, создающими сопротивление на впуске, можно пожертвовать. Правда, на серийных моторах баварцы не пожертвовали, оставили (совсем не по-арийски!) на всякий случай. Одна беда: по заявлениям «биммерстроевцев», пока они могут обеспечить нормальную работоспособность супермеханизма только до 7000 об/мин – смешной по мотоциклетным меркам величины. Да и другие системы тоже не слишком хороши на мотоциклетных угловых скоростях валов. К тому же лишние детали – лишняя инерция двигателя и лишние миллиметры в габаритах, что часто весьма критично (особенно на спортбайках). Эх, неспроста та же Honda ставит на мотоциклы систему, не имеющую с автомобильными ничего общего, кроме четырех букв в обозначении! НЕ ТОЛЬКО «ГОЛОВА» Если изменяемые фазы на мотоциклетных моторах пока экзотика, то принцип «два в одном» в других системах все чаще входит в практику. Ведь, как ни крути, а настройки впуска и выпуска хоть и не радикально, но тоже влияют на параметры мотора. Так, от выпускного тракта зависит до семи процентов мощности! Хороший «выхлоп» должен помочь выхлопным газам покинуть камеру сгорания, а создать разрежение можно лишь подбором длины и сопротивления «паука» для определенных оборотов. Как вы понимаете, под «определенными» обычно понимаются обороты номинальные, то есть при максимальной мощности. Исключение – знаменитая система Yamaha EXUP. Цилиндрический золотник, размещенный в конце «паука», изменяет сечение окон на выходе – а значит, и сопротивление. Использование системы позволяет серьезно сгладить кривую мощности, что нелишне для «нервных» моторов спортбайков. Немногим меньших результатов добиваются, устанавливая заслонки на впуске. До изменяемой геометрии впускного тракта дело пока не дошло: на мотоциклах, в отличие от автомобилей, для этого маловато места. А вот заслонка на впуске, перед воздухофильтром, уже получила распространение на Suzuki GSX-R750. На малых оборотах заслонка прикрыта, с ростом частот вращения она начинает открываться. Таким образом, на каждом режиме воздушный тракт имеет свое, оптимальное, сопротивление. На других мотоциклах (в частности, новом GSX-R1000) заслонка стоит после фильтра – что, вообще-то, более правильно. Как видим, по многорежимности мотоциклетные моторы сильно уступают автомобильным. Но, думается, это ненадолго. Экологические нормы потихоньку начинают ужесточаться и для двухколесной техники, а оптимизировать токсичность выхлопа на средних оборотах и переходных режимах до будущих норм можно или «придушив» моторы (что чревато падением спроса), или применив описанные методики. К тому же нынешняя волна спроса на «мотоциклы, дружелюбные к водителю», будет толкать конструкторов на адаптацию к мотоциклетным моторам решений и технологий, успешно обкатанных на автомобилях. И не исключено, что лет через несколько фазовращатели на распредвалах мотоциклетных моторов станут почти обязательным оснащением – подобно выполнявшим схожие функции «мощностным клапанам» на почивших с миром двухтактниках.