Двигатель с системой изменяемого газораспределения выгодно отличается от мотора с фиксированными фазами тем, что точнее подстраивает наполнение цилиндров под режим работы. Я рассматриваю такую схему как инженерный способ убрать компромисс, который долго существовал в классическом ГРМ. При фиксированном положении распредвала мотор на малых оборотах, в зоне средней нагрузки и при разгоне работает с разными потребностями по наполнению цилиндра, но фазы открытия и закрытия клапанов остаются прежними. Из-за этого часть потенциала теряется.
Суть системы проста. Механизм смещает фазы газораспределения, а в ряде конструкций меняет еще и высоту подъема клапана. На низких оборотах двигателю нужен устойчивый холостой ход, ровная тяга и аккуратное смесеобразование. На высоких оборотах ему нужен быстрый обмен газов и минимальные потери на впуске и выпуске. Изменяемые фазы дают мотору нужные условия в каждом диапазоне, а не усредненный режим на весь рабочий спектр.
Как растет отдача
Главное преимущество я вижу в росте полезной тяги без увеличения рабочего объема. Когда впускной клапан открывается и закрывается в подходящий момент, цилиндр получает больший заряд свежей смеси или воздуха. На малых оборотах раннее закрытие впуска улучшает наполнение и снижает обратный выброс в коллектор. На высоких оборотах более позднее закрытие использует инерцию потока и повышает эффективность наполнения. Водитель ощущает не абстрактную прибавку, а более плотную тягу в широком диапазоне.
Для серийного автомобиля значение имеет не пиковая мощность, а форма кривой крутящего момента. При изменяемом газораспределении мотор охотнее тянет с низких оборотов, меньше проваливается при резком нажатии на педаль и ровнее набирает скорость. В городском режиме машина реже просит пониженную передачу. На трассе двигатель спокойнее переносит обгонные ускорения. Для тяжелого кузова, полной загрузки и работы с автоматической коробкой такая характеристика особенно полезна.
Расход и выбросы
Второй крупный плюс связан с экономичностью. Когда фазы согласованы с нагрузкой, насосные потери снижаются. Под насосными потерями я понимаю часть энергии, которую двигатель тратит на втягивание воздуха и выталкивание отработавших газов. Чем свободнее проходит газообмен, тем меньше бесполезная работа поршня. За счет этого снижается расход топлива в реальных режимах, где мотор большую часть времени не работает на предельной мощности.
Есть и экологический эффект. Более точное управление перекрытием клапанов улучшает сгорание смеси и уменьшает количество несгоревших остатков. В ряде режимов система использует внутреннюю рециркуляцию отработавших газов, то есть часть выхлопа остается в цилиндре без отдельного внешнего контура. Такой прием снижает температуру сгорания и уменьшает образование оксидов азота. Для инженера в силовых установках ценность решения как раз в том, что одна система одновременно влияет и на расход, и на токсичность, и на характер тяги.
Практическая ценность
С точки зрения эксплуатации двигатель с изменяемыми фазами приятнее в повседневной езде. Он быстрее откликается на подачу топлива, ровнее держит холостой ход после прогрева, меньше страдает от вялости на переходных режимах. При спокойственном движении водитель получает экономию, при активном — лучшую отзывчивость. Без этой системы конструкторам пришлось бы искать компромисс в профиле кулачков распредвала, а компромисс почти всегда отнимает часть эффективности.
Есть и инженерский плюс для всей силовой схемы. Более гибкая характеристика двигателя упрощает согласование с коробкой передач, снижает потребность в резком повышении оборотов при разгоне и расширяет рабочую зону, в которой мотор остается эффективным. Поэтому система изменяемого газораспределения давно стала не декоративным усложнением, а рабочим инструментом повышения эффективности бензинового двигателя. Когда она исправна и корректно настроена, водитель получает живой отклик, умеренный расход и более полную отдачу от каждого такта.
