Разберемся в принципах работы и особенностях систем регулировки высоты подъема клапанов различных автопроизводителей, а также оценим ремонтопригодность этих систем и тонкости определения неисправностей на примере мотора Porsche Cayenne

ВВЕДЕНИЕ
Создать материал о назначении и принципиальных отличиях систем регулировки подъема клапанов разных автопроизводителей меня побудил конкретный случай в моей практике. Он как нельзя лучше характеризует некоторое недопонимание автовладельцев важности правильной работы этой системы. Вкупе с моделью автомобиля (Porsche Cayenne) и степени обсуждаемости типичных проблем его мотора можно представить, сколько «кругов ада» довелось пройти его владельцу, прежде чем открылась простая истина. При этом хотелось бы не просто обсудить данный случай, но и коснуться истории системы регулировки подъема клапанов в целом.

ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЯВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫСОТЫ ПОДЪЕМА КЛАПАНОВ

Со дня появления первого серийного автомобиля основная борьба конструкторов, наряду со снижением веса, разворачивалась именно за ту часть мотора, где находился привод клапанного механизма. Дилемма была очень проста: эффективная работа мотора (работа с высоким коэффициентом полезного действия и малым расходом топлива) в режиме холостого хода и при средних/высоких нагрузках существенно отличались. Эксперименты с разрезными шестернями (они хорошо знакомы владельцам отечественных автомобилей) и попыткой найти «среднее арифметическое» положение впускного и выпускного клапанов, удовлетворяющее (от слова по смыслу оценки «удовлетворительно») более-менее комфортным условиям движения в разных режимах, закончились довольно давно. В серийных автомобилях вплоть до начала 1980-х не предпринимались активные попытки решения этого вопроса. Но проходило время, и ужесточение требований к выбросу отработавших газов при значительной конкуренции между автопроизводителями все-таки сдвинуло дело с мертвой точки.

В качестве первого из возможных вариантов ответа на удачный «симбиоз» режимов появилась система изменения фаз ГРМ. Из часто обсуждаемых можно вспомнить систему VCP (Renault), VANOS/DoubleVANOS (BMW), VVT-i (Toyota), VTC (Honda) и т.д. Несмотря на кажущуюся сложность, ее назначение простое – обеспечить такое смещение фаз газораспределения, чтобы газообмен во время работы ДВС был оптимальным при любых частотах вращения коленчатого вала. Сначала эта система была внедрена на впускной вал, а потом и на выпускной. Углы регулировки в современных моторах достигали очень приличного диапазона в 50 градусов, и тем не менее добиться нужной эластичности в работе ДВС не удавалось. А дело в том, что значительное влияние на процессы газообмена оказывает не столько смещение самих фаз, сколько их длительность. Можно сказать, что за счет «раннего» или «позднего» открытия клапанов конструкторы хотели сделать цикл максимально эффективным. Но для выполнения такой задачи всегда не хватало самой малости, а дело было всего лишь в «незыблемости» профиля кулачка распределительного вала. Он остался последним «бастионом» усреднения характеристик. Форма кулачка подобрана с расчетом на оптимальный баланс между высоким показателем крутящего момента на низких оборотах и максимальной мощностью агрегата в режиме высокой частоты вращения коленчатого вала.

И этому «бастиону» тоже пришлось пасть. Конструкторы сделали изменяемыми не только сами фазы газораспределения, но и их длительность. Этот процесс оказался настолько важным, что позволил в буквальном смысле заглянуть в будущее: насколько эластичным и «легким» в интеграции различных режимов работы (согласно все более жестким экологическим стандартам) и одновременно экономичным и приемистым стал двигатель. Если говорить проще, то из-за оптимизации состава смеси в цилиндрах улучшилась разгонная динамика. Одновременно с увеличением крутящего момента на низких частотах вращения коленчатого вала практически перестало существовать такое хорошо известное явление, как «турбояма», открылись новые горизонты «бездроссельного» регулирования, менее требовательным стал монтаж выхлопной системы, значительно возросла приемистость мотора при резком ускорении автомобиля, упал расход топлива и т.д.

Разумеется, такой «пряник» упускать никто не собирался, и буквально все известные авто. На данный момент известно порядка 15 конструкций регулирования высоты подъема клапанов. Описывать все не буду, тем более что производителями используется в основном 5–6 конструкций этого механизма. Но о некоторых расскажу подробнее.

НАИБОЛЕЕ ИЗВЕСТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ МЕХАНИЗМА РЕГУЛИРОВКИ ВЫСОТЫ ПОДЪЕМА КЛАПАНОВ

Начнем с системы BMW Valvematiс и часто задаваемого вопроса: чем, собственно, отличается М-серия баварских моторов, где такой системы нет, от серии N. Если говорить практически, с точки зрения обслуживания, то отличия несущественные, но поменять, например, уплотнение клапанной крышки стало сложнее. А вообще, BMW Valvematiс – это довольно незамысловатая рычажная система, приводимая централизованно с помощью вала и электромотора. С точки зрения механики вполне надежный вариант (поэтому такая конструкция перекочевала и на другие моторы этого производителя). Кроме разъема датчиков, который постоянно страдает от снятия/установки клапанной крышки, других проблем здесь не замечено. Однако при ремонте такого мотора потребуются специальные приспособления для демонтажа головки блока цилиндра.

Следующим интересным вариантом является система MultiAir, впервые появившаяся на моторе FIAT, ставшем «Двигателем года» в 2010 году. В этом случае реализован принцип электрогидравлического управления.

Самой старой конструкцией, можно сказать предтечей данной системы, обладали двигатели Honda, в которых сам вал привода клапанов двигался в осевом направлении, а его кулачки имели конусную поверхность. В свое время это была просто революционная система, но, учитывая характер движения кулачков, невозможно было обеспечить хорошие показатели подъема клапанов по амплитуде (высота подъема клапана), поэтому эффективность такой системы, по сравнению с вышеописанными двухступенчатыми, была невысокой. Хотя за ресурс и плавность работы привода VTEC в карму инженерам Honda несомненно добавился плюс.

Практически любая электромеханическая или электрогидравлическая рычажная система предполагала много подвижных деталей с наличием возможных проблем по зазорам, шумам, условиям смазки и т.д. Этих недостатков лишена новая система с электромагнитным управлением, созданная VW Group. У такой системы фантастическая скорость срабатывания (6–8 мс), что не может не сказаться на приемистости автомобиля. При этом отказов у подвижных муфт или механизмов фиксации (проворот, неравномерный износ кулачков) не наблюдается.

Теперь, после теоретической подготовки, можно приступить к практическому изучению конкретного мотора. На примере 4,8-литрового V8 от Porsche Cayenne мы разберем еще одну конструкцию регулировки высоты подъема клапанов и сделаем это более подробно, поскольку ​этот пример является весьма поучительным в смысле важности работоспособности данной системы. А начнем не с рассмотрения непосредственно элементов ГРМ, а с общих признаков проявления неисправности. Думаю, так будет более познавательно.

Для чего необходима система изменения фаз газораспределения

Для достижения наибольшей эффективности применительно к динамично изменяющимся режимам работы ДВС необходима различная величина фаз газораспределения. В режиме холостого хода наиболее рациональными становятся «узкие» фазы газораспределения, под которыми понимается позднее открытие и ранее закрытие клапанов. При этом исключается перекрытие фаз, под которым понимается время одновременного открытия впускного и выпускного клапана. Это необходимо для того, чтобы исключить попадание выхлопных газов во впуск и выброс топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор.

Выход мотора на режим максимальной мощности означает повышение оборотов, так как распредвал крутится быстрее и время открытия клапанов сокращается. Для того чтобы не терялась мощность и крутящий момент на высоких оборотах сохранялся, в двигатель должно поступать намного больше топливно-воздушной смеси, а выпуск отработавших газов должен быть реализован максимально эффективно. Задача решается путем раннего открытия клапанов и увеличения времени их открытия, делая фазу «широкой». Фаза перекрытия также расширяется до максимума с ростом оборотов, что необходимо для качественной продувки цилиндров.

Если мотор работает на низких оборотах, нужны максимально короткие фазы газораспределения. Это означает, что время открытия клапанов должно быть минимальным по продолжительности, обеспечивая так называемые «узкие» фазы. Высокие обороты двигателя требуют полной противоположности в виде «широких» фаз газораспределения. Время открытия клапана должно быть увеличено до максимума, параллельно обеспечивая такты впуска и выпуска, а также эффективное перекрытие.

Сам кулачок распредвала имеет форму, которая способна обеспечить как реализацию узкой, так и широкой фазы. Проблема заключается в том, что фиксированная форма кулачка не позволяет одновременно добиться узких и широких фаз газораспределения. Получается, форма кулачка подобрана с расчетом на возможный оптимальный баланс между высоким показателем крутящего момента на низких оборотах ДВС и максимальной мощностью агрегата в режиме высокой частоты вращения коленчатого вала. Система изменения фаз газораспределения позволяет намного более гибко изменять эти параметры, буквально «подстраивая» ГРМ под конкретный режим работы двигателя для достижения лучшей отдачи от мотора и топливной экономичности.

Системы изменения фаз газораспределения представлены несколькими видами. Главные отличия заключаются в тех и или иных параметрах регулировки ГРМ в процессе его работы. Сегодня используются следующие решения для управления фазами газораспределения:

• система поворота распредвала;
• кулачки распредвала с различным профилем;
• система изменения высоты подъема клапанов;

СИСТЕМА VARIOCAM PLUS НА МОТОРЕ PORSCHE CAYENNE S (48.01): ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТИ

Пациент: Porsche Cayenne, 2008 г.в., атмосферный мотор V8 объемом 4,8 литра.

Симптомы болезни: «плавают» обороты холостого хода, мотор «семерит», есть пропуски в 3-м цилиндре в правой по ходу движения ГБЦ, избыточное давление в цилиндрах ровное (по 11 бар +/- 1 бар), расход масла приемлемый, при наборе оборотов характер работы мотора улучшается, никаких «ошибок» в ЭБУ не обнаружено.

Все «начальные» мероприятия по лечению неровной работы ДВС (замена катушек, свечей, форсунок, опрессовка системы впуска, проверка давления в топливной магистрали и т.д.) были произведены несколько раз и на разных СТО, включая официальных дилеров, но результатов не дали. Немаловажный фактор, на который обращаю внимание: по заявлению владельца, избыточное давление в начале «эпопеи» было строго ровное (около 11 бар), а впоследствии, когда автомобиль с описанной проблемой прошел уже около 800 км, начало колебаться в плюс-минус 1–2 бара в зависимости от температуры двигателя. После длительных злоключений владельца сразу несколькими «спецами» был озвучен устрашающий приговор: «накрылся мотор, задиры в цилиндрах, ремонтировать бессмысленно». То есть предполагалось, что поршни здесь выглядят так:

Меня среди огромного количества информации об этом агрегате заинтересовало то, на что другие мастера не обратили должного внимания. А именно – снижение равномерности избыточного давления в цилиндрах одной ГБЦ по прошествии определенного времени. И, как оказалось, не зря! Но начали мы, увы, с борьбы со следствием, а не с причиной. Не буду описывать стандартные мероприятия по проверке форсунок и системы зажигания – они были проведены, и много раз. Но что интересно, так это крайне занимательные показатели адаптации топливной смеси по рядам ГБЦ. Они были диаметрально противоположными! Создавалось полное ощущение, что ЭБУ пытался компенсировать разницу для выравнивая баланса холостого хода между ГБЦ. Баланс выравнивался при поднятии оборотов: уходила вибрация, хотя хлопки пропусков воспламенения все равно присутствовали. При этом положение фазорегуляторов было неизменно стабильно. Понятно, что одно мешало другому, и стройный алгоритм диагностики никак не намечался. Попутно, зная надежную кинематику самого мотора, пришлось отметать еще одно распространенное предположение о «фазниках», растянутой цепи и т.д. Проверку на герметичность соединение седло-клапан не прошло: по характеру падения избыточного давления это и предполагалось, так что для устранения этого недостатка ГБЦ все-таки пришлось демонтировать. Состояние поверхности цилиндров вызвало удовлетворение:

Разумеется, при таком состоянии гильз ни о каких работах с цилиндропоршневой группой речь не идет (тут трудно озвучить выдох облегчения владельца, с которого сняли груз «капиталки» мотора). Но мы лезем дальше. Конструкция каналов и их расположение вполне стандартное, но есть интересная особенность: пропорции размеров тарелок впускных клапанов относительно направляющих соответствуют максимальному наполнению цилиндров:

Заменив направляющие, подправив профиль седел и геометрию некоторых клапанов, мы тем не менее устранили только следствие пропусков воспламенения – подгорание седел клапанов. А что же с причиной? Вот тут и пришло время познакомить вас с фирменной системой регулирования высоты подъема клапанов VarioCam Plus от Porsche.

Эта система относится к электрогидравлическому типу и является прекрасным примером простоты исполнения конструкции. Наличие такой системы на моторе можно определить только по количеству кулачков на выпускном валу да по странному виду «компенсаторов», имеющих строго установленное положение.

Что мы получаем при реализации такой конструкции?

Система ступенчатого изменения фаз газораспределения

Эволюция систем изменения фаз газораспределения позволила инженерам не только осуществлять сдвиг фаз, но и эффективно выполнять их расширение и сужение. Следующим типом систем изменения фаз газораспределения являются решения, основанные на использовании кулачков распредвала разной формы. Благодаря такому способу удается достичь ступенчатого изменения момента времени, на который открывается клапан, а также изменить саму высоту подъема клапанов. В списке подобных систем находится VVTL-i от автогиганта Toyotа, VTEC японской Honda и MIVEC от Mitsubishi, решение от Audi под названием Valvelift System и другие.

Указанные системы похожи друг на друга как конструктивно, так и по принципу действия. Немного отличается только немецкая Valvelift System. Наибольшую известность получила системаVVTL-i, VTEC и MIVEC. В основе таких систем изменения фаз газораспределения находятся кулачки с различным профилем, а также система управления. Распределительный вал в таких системах управления фазами газораспределения выполнен так, что имеет сразу два кулачка малого размера, а также один кулачок большего размера. Меньшие кулачки при помощи специального рокера (коромысла) соединяются с впускными клапанами. Большой кулачок отвечает за перемещение одного незадействованного коромысла.

Такая система изменения фаз газораспределения позволяет переключаться с малых кулачков на большой зависимо от режима работы ДВС. Переход между режимами достигается благодаря тому, что происходит срабатывание специального механизма блокировки. Указанный блокирующий механизм основан на гидравлическом приводе.

Когда мотор работает на низких оборотах и при незначительной нагрузке, впускные клапаны приводятся в действие малыми кулачками распределительного вала, фазы газораспределения в таком режиме имеют небольшую продолжительность (узкая фаза).

Если двигатель раскручивается до определенных оборотов, система управления активирует механизм блокировки. В результате происходит соединение коромысел малых и большого кулачков, что обеспечивает жесткость конструкции. Соединение происходит при помощи особого стопорного штифта, а усилие на впускные клапаны начинает поступать от единственного большого кулачка. Малые кулачки распредвала на высоких оборотах двигателя становятся неактивными.

Существующие разновидности систем VTEC могут иметь сразу три режима регулирования ГРМ. В данной модификации на низких оборотах ДВС работает один малый кулачок распредвала, который осуществляет открытие только одного впускного клапана. Два маленьких кулачка задействуются в режиме средних нагрузок и оборотов двигателя, обеспечивая открытие двух впускных клапанов. Большой кулачок вступает в действие при выходе силовой установки на режим оборотов, приближенных к максимальным.

Система изменения фаз газораспределения I-VTEC, которая представлена производителем Honda, объединила в себе главные преимущества решений как VTC, так и VTEC. Регулирование по трем ступеням обеспечивает существенную экономию топлива. При низкой частоте вращения половина впускных клапанов практически не имеет активности. Увеличение частоты вращения до уровня средних оборотов подключает дезактивированные клапаны, но высота их подъема не подразумевает полного открытия.

Выход на режим максимальных оборотов заставляет впускные клапаны работать от центрального кулачка большого размера. Указанный кулачок имеет особый профиль, который специально подобран для достижения максимального подъема клапанов, что означает повышение отдачи от ДВС на мощностных режимах работы агрегата. Такой подход значительно расширил возможности управления параметрами ГРМ для эффективного регулирования работы двигателя на различных режимах.

Если рассмотреть пример с системой VVTL-i от Toyota, то после выхода мотора с таким решением на обороты около 6000 об/мин стандартный кулачек распредвала исключается из работы и замещается кулачком с измененным профилем. Указанный кулачек обеспечивает дугой алгоритм работы клапана, сдвигает (расширяет) фазу и увеличивает высоту его подъема. На практике это будет означать, что при выходе мотора на режим высоких оборотов у двигателя появится резкий прирост тяги, необходимый для обеспечения дальнейшего уверенного разгона.

Схема работы системы VVTL-i строится на следующем алгоритме. Время открытия и высота подъема впускных клапанов регулируется аналогично другим решениям. Когда мотор работает в режиме оборотов до 6000 об/мин, тогда воздействие на клапан осуществляет меньший кулачок распредвала, который оказывает нажатие на рокер и таким образом открывает клапана. После набора оборотов выше заданной отметки управлять открытием клапанов начинает высокий кулачок с особым профилем. Для его активации специальный сухарь под давлением масла перемещается.

За своевременную подачу моторного масла по специальной магистрали в точно необходимый момент отвечает система управления. Давление масла и перемещение сухаря позволяет кулачку распредвала через специальный шток, который до этого находился в свободном положении, начать воздействовать на клапан посредством коромысла.

Положительные моменты:

1. Простота изготовления исполнительных узлов – здесь нет сложных переходных элементов, стоимость таких толкателей равна стоимости толкателей с обычными гидрокомпенсаторами, да и заменить их несложно.

2. Простота и надежность рабочих элементов в виде жесткого профиля кулачков распределительного вала с соответствующей температурной обработкой.

3. Благодаря изменяющемуся ходу клапана снижаются потери на трение (вследствие небольшого сопротивления при малом ходе клапана). И заметьте, здесь нет роликов приводных рычагов – в них просто нет необходимости. Узкие профили самих кулачков обеспечивают хорошую смазку этих узлов. Даже при некачественном обслуживании, фото которого приведены выше, замена толкателей и валов не потребовалась.

Но все эти «плюшки» перекрываются жирным минусом: в случае возникновении проблем с давлением масла в управляющем канале узнать об этом посредствам диагностики весьма непросто, что, собственно, и произошло в нашем случае. Все замены элементов зажигания, топливной системы и в итоге вынужденная работа с ГБЦ не приносили результата всего лишь из-за этого:

Да-да, это простой электромагнитный клапан управления подачей масла к двухступенчатым толкателям стоимостью всего несколько тысяч рублей. Хотя сам двигатель «информировал» о возможной проблеме с маслом, на этот аспект внимания не обращали.

Падение давления масла в магистрали ГБЦ сказывалось не одинаково на всех гидрокомпенсаторах ряда, влияя на одни цилиндры больше, а на другие меньше. Понятно, почему негерметичность клапана не влияла на равномерность работы ДВС при увеличении оборотов (когда клапан должен был открываться). После выполненных замен работа ДВС не просто восстановилась – мотор наконец перестал «ощущаться» в автомобиле, радуя только специфичным для V8 бархатным звуком при разгоне. Вот такая получилось длинная и запутанная история поиска и устранения неисправности.

В качестве заключения и одновременного ответа на вопрос, почему в этом материале сделан акцент на системе конкретного автомобиля, скажу следующее. Этот мотор Porsche, несмотря на множество негативных отзывов, в целом является одним из самых продуманных в инженерном смысле по многим аспектам, и надежность его подсистем лично у меня не вызывает сомнений. А вот сложность диагностики этих систем налицо (надеюсь, я доступно объяснил почему). Думаю, в ближайшее время для обоснования моих слов мы проведем сравнительный анализ применяемых систем привода газораспределительного механизма на автомобилях немецкой «большой тройки», добавив для разнообразия немного «восточного колорита». А вам при возникновении неисправности в автомобиле рекомендую быть более внимательными к мелочам во время проведения диагностики.

Материал подготовлен экспертом компании turbo-union.ru

Новости СМИ2

Обсуждение Отменить

Изменение высоты кулачка распределительного вала

Изменение высоты подъема клапана может осуществляться изменением высоты кулачка распределительного вала, воздействующего через коромысло на клапан. Такое решение под названием «VTEC-System» применяется . Аббревиатура VTEC полностью расшифровывается следующим образом – Variable Valve Timing and Lift Electronic Control. В переводе на русский язык – это электронная система управления временем открытия и высотой подъема клапанов. Принципиальная схема этой системы для двигателя с четырьмя клапанами на каждый цилиндр и двумя распределительными валами показана на рисунке:

Рис. Изменение высоты подъема клапана при разной высоте кулачка распределительного вала автомобилей Хонда: а – положение кулачков распределительного вала при малой частоте вращения коленчатого вала; б – положение кулачков распределительного вала при большой частоте вращения коленчатого вала; 1 – запирающий плунжер в свободном состоянии; 2 – канал подачи масла; 3 – профиль кулачков для низкой частоты вращения коленчатого вала; 4 – основные коромысла; 5 – подача масла; 6 – профиль кулачков для высокой частоты вращения коленчатого вала; 7 – дополнительное коромысло; 8 – запирающий плунжер в рабочем состоянии; 9 – пружинное устройство для подпирания дополнительного коромысла

Переключающий механизм установлен на оси коромысел. Эта система позволяет изменять ход клапана в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (высокая или низкая), а также выключать цилиндры из работы.

Распределительный вал, кроме двух кулачков небольшой высоты 3, имеет посреди них кулачок большой высоты 6 для привода клапанов каждого цилиндра с увеличенным ходом и продолжительностью открытия. Кулачок большой высоты воздействует на дополнительное коромысло 7, которое подпирается специальным пружинным устройством 9. Внутри оси распределительного вала имеется канал 2 подачи масла к запирающему плунжеру, состоящему из двух частей. Подача масла к деталям системы осуществляется по каналу, выполненному внутри распределительного вала. Для создания необходимого давления предусмотрен дополнительный масляный насос, запитывающийся от основной масляной магистрали. Запирающий плунжер состоит из двух поршней, которые могут передвигаться под давлением масла и соединять дополнительное коромысло 7 с основными коромыслами 4. При этом кулачок 6, имеющий большую высоту, чем кулачки 3, воздействуя на дополнительное коромысло 7, соединенное с основными коромыслами 4, открывая клапана на большую величину и увеличивая продолжительность подачи топливовоздушной смеси. При прекращении подачи масла запирающий плунжер под воздействием пружины возвращается в исходное состояние, и дополнительное коромысло отсоединяется от основных.

Переключение на разные частоты вращения коленчатого вала происходит по сигналу блока управления в зависимости от разряжения во впускном трубопроводе, нагрузки, скорости движения автомобиля и температуры двигателя.

Появившись в 1990 году, система VTEC дважды модернизировалась, и в настоящее время имеется ее третья серия, отличительная особенность которой в том, что оптимальное время и величина открытия впускных клапанов подбирается электроникой для трех режимов работы двигателя: на низкой, средней и высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

В зоне низкой частоты вращения коленчатого вала система VTEC обеспечивает экономичный режим работы двигателя на обедненной топливно-воздушной смеси. На средней частоте вращения коленчатого вала величина открытия клапанов изменяется так, чтобы получить максимальный крутящий момент. При высокой частоте вращения коленчатого вала клапана открываются на максимальную величину для получения максимальной мощности. В настоящее время система VTEC может регулировать высоту подъема не только впускных, но и выпускных клапанов.

Подобная система применяется и для автомобилей Тойота.

Рис. Изменение высоты подъема клапана автомобилей Тойота: 1 – запирающий плунжер; 2 – цилиндрический толкатель; 3 – скользящий толкатель; 4 – ролик

В этой системе запирающий плунжер 1 может приподнимать цилиндрический толкатель 2, на который в свою очередь опирается скользящий толкатель 3. При низких частотах вращения коленчатого вала, когда клапан должен быть открыт на небольшую высоту, кулачки распределительного вала воздействуют на ролик 4, связанный осью с коромыслом. При этом ход клапана небольшой. При увеличении частоты вращения коленчатого вала по сигналу блока управления масло подается к запирающему плунжеру. Плунжер, передвигаясь, заходит в паз цилиндрического толкателя и жестко связывает скользящий толкатель с коромыслом. Учитывая, что кулачок распределительного вала раньше начинает набегать на скользящий контакт, ход клапана увеличивается. При прекращении подачи масла к запирающему плунжеру, происходит рассоединение скользящего контакта и плунжера, и скользящий контакт работает вхолостую.

Применение этой системы, в отличие от предыдущей, позволяет использовать стандартный распределительный вал с кулачками, одинаковыми по высоте.

Фирма Порше в 2000 году впервые внедрила для своих двигателей с турбонаддувом чашечный толкатель и изменяемой высотой подъема клапана.

Рис. Изменение высоты подъема клапанного механизма с чашечными толкателями автомобилей Порше: 1 – запирающий плунжер; 2 – внешний чашечный толкатель; 3 – внутренний чашечный толкатель; 4 – подшипник для фиксации толкателя от проворачивания; 5 – гидрокомпенсатор

Чашечный толкатель состоит из двух частей – внутреннего 3 и внешнего толкателя 2. На внутренний толкатель воздействует маленький кулачок распределительного вала, обеспечивающий ход клапана 3 мм. На внешний толкатель воздействуют два больших кулачка распределительного вала, обеспечивающих ход клапана 10 мм. Внутренний толкатель работает в том случае, когда запирающий плунжер 1 не соединяет оба толкателя. Если по сигналу блока управления масло подается к запирающему плунжеру, оба толкателя соединяются в одно целое и в этом случае начинает работать внешний толкатель, обеспечивая больший ход клапана на соответствующем режиме.

Система с запирающим плунжером, состоящим из двух частей применяется фирмой Даймлер-Крайслер для отключения цилиндров серийных 8-ми и 12-ти цилиндровых двигателей. Элемент этой системы без распределительного вала представлен на рисунке:

Рис. Устройство выключения цилиндров: 1 – гидротолкатель; 2 – запирающий плунжер; 3 – основное коромысло; 4 – ролик; 5 – дополнительное коромысло; 6 – пружинный элемент

По сигналу электронного блока управления запирающий плунжер 2, может соединять или разъединять дополнительное коромысло 5 с основным 3. Если дополнительное коромысло будет соединено с основным, тогда распределительный вал, набегая на ролик 4, воздействует через запирающий плунжер на основное коромысло, и клапан будет открываться. В случае рассоединения запирающим плунжером обоих коромысел распределительный вал не может воздействовать на основное коромысло, и клапан открываться не будет, таким образом, цилиндр выключается из работы.

Представителем механического привода является система Valvetronic, применяемая на автомобилях БМВ, управляющая подъемом впускных клапанов и дозирующая поступающую в цилиндры рабочую смесь, что позволяет повысить экономичность двигателя без потерь мощности при удовлетворении норм Евро-4 и сохранении системы впрыска во впускной коллектор. Общий вид системы показан на рисунке:

Рис. Система управления подъемом впускных клапанов двигателя Valvetronic БМВ: 1 – электродвигатель; 2 – колесо червячной передачи; 3 ­– пружина рычага; 4 — эксцентриковый управляющий вал; 5 – дополнительный рычаг с роликовой опорой; 6 – распределительный вал; 7 – коромысло; 8 – клапан

Между распределительным валом 6 и каждой парой впускных клапа­нов 8 размещен дополнитель­ный рычаг 5, который крепится на оси. Электродвигатель 1 через червячную передачу поворачивает эксцентриковый управляющий вал 4 на угол, определяемый электронной системой управления.

Клапана открываются непосредственно рычагами 5 с роликовыми опорами при воздействии на коромысла, опирающиеся с одной стороны на клапан, с другой стороны на гидравлический толкатель. Рычаги 5 посредством витых пружин 3 прижимаются к кулачку распределительного вала. Для снижения потерь на трения на осях рычага с роликовой опорой и коромысла установлены игольчатые роликовые подшипники.

При повороте эксцентрикового вала, эксцентрик набегая на рычаг 5, поворачивает его на определенный угол. Перемещая эксцентриковый вал, электродвигатель увеличивает или уменьшает плечо промежуточного рычага, тем самым, удлиняя или укорачивая ход впускных клапанов в соответствии с нагрузкой двигателя. Учитывая, что эксцентрик смещающий ось толкателя, имеет электрический привод, это позволяет задавать угол поворота нелинейным и программировать его индивидуально для каждого двигателя.

Величина открытия клапана изменяется от 0,20 мм (обеспечивая работу на холостом ходу и уменьшая нагрузку на клапан) до 9,7 мм, необходимых для получения максимальной мощности. Высота подъема клапанов, и, соответ­ственно, продолжительность фазы впуска изменяются в за­висимости от нажатия на пе­даль управления подачей топлива, потенциометр которой передает сигнал в блок управления и при этом нет необходимости применять дроссельную за­слонку для изменения количества подаваемого воздуха, хотя она и сохраняется в системе Valvetronic. Она необходима лишь при диагностике системы и на всех режимах работы двигателя заслонка всегда полностью открыта.

Для создания разрежения во впускном коллекторе, необходимом для работы усилителя тормозов, специально устанавливается вакуумный насос.

Площадь, занимаемая установкой механической системы высоты подъема клапана, на головке блока не изменяется, необходимо лишь дополнительное пространство для установки электродвигателя. Эксцентриковый вал, рычажный механизм, распределительный вал крепятся единым модулем на головке блока.

Выпускные клапана в приведенной системе открываются, как и в традиционных системах с помощью распределительного вала и коромысел. В настоящее время фирмой БМВ разработаны системы изменения высоты подъема и для выпускных клапанов.

Проведенные испытания показали, что средний расход топлива двигателем без дроссельной заслонки, на холостом ходу ниже на 18% по сравнению с обычным двигателем, а в наиболее ходовом диапазоне частоты вращения коленчатого вала при частичных нагрузках — 10%. В последнем случае между клапаном и седлом образуется зазор всего в 0,5…2 мм, и проходящий через него воздух полнее смешивается с бензином, образуя более качественную смесь.