В начале 2000-х годов концерн BMW представил абсолютно новую технологию для своих двигателей — систему Valvetronic, разработка которой стартовала ещё в 1990-х. Дебютировала она на BMW E46 в четырёхцилиндровом моторе N46.
Расположенный в головке блока цилиндров механизм помогает регулировать объём попадающего в цилиндры воздуха посредством изменения высоты поднятия впускных клапанов.
Между двумя распределительными валами находится третий — эксцентриковый вал. В центре головки блока цилиндров установлен электродвигатель с червячной передачей, которая вращает зубчатую шестерню эксцентрикового вала вместе с ним, промежуточные рычаги толкаются кулачками.
Таким образом происходит плавное управление поднятием клапанов — открытие и закрытие в диапазоне от 0,25 до 10 мм. Со стороны распредвалов нет непосредственного давления на клапаны, воздействие осуществляется посредством промежуточного толкателя.
Дроссельная заслонка никуда не исчезла, просто во всех режимах работы двигателя она остаётся открытой и служит только для диагностики системы газораспределения Valvetronic BMW.
В головке блока с системой Valvetronic поток охлаждающей жидкости имеет поперечное направление, снижая температуру на 60%. Размеры водяного насоса уменьшены наполовину, энергозатраты снижены за счёт этого также на 60%.
Valvetronic и VANOS
Иногда систему Valvetronic путают с VANOS. Уделим и ей немного внимания. Система VANOS играет очень важную роль в работе двигателей производства компании BMW. Благодаря и ей в том числе удаётся значительно снизить токсичность выхлопных газов, сократить расход топлива, увеличить крутящий момент двигателя на низких оборотах, а также повысить его максимальную мощность на высоких. Данная система обеспечивает предельно стабильную работу мотора в режиме холостых оборотов, даже при низких температурах.
Variable Nockenwellen Steuerung — это переменное управление распределительными валами двигателя (перевод с немецкого. — Прим. авт.). То есть VANOS — система изменения фаз газораспределения. Разработали её тоже инженеры BMW. Особенность заключается в том, что она способна менять положение распределительных валов по отношению к коленчатому. Таким образом происходит регулирование фаз газораспределительного механизма (ГРМ). Процесс может происходить в диапазоне от 6 градусов опережения до 6 градусов запаздывания относительно верхней мёртвой точки.
Раннее открытие впускных клапанов на средних оборотах двигателя позволяет повысить величину крутящего момента, а также улучшить циркуляцию выхлопных газов в камере сгорания, что, в свою очередь, уменьшает общий расход топлива и токсичность отработавших газов. Высокие обороты мотора заставляют впускные клапаны открываться позже, в результате чего достигается наибольшая мощность. В первые несколько минут после старта работы двигателя система активирует особый режим, суть которого в том, чтобы максимально уменьшить время прогрева.
Простыми словами: Valvetronic регулирует высоту поднятия впускного клапана, а VANOS управляет моментом открытия/закрытия впускных и выпускных клапанов.
Какую пользу принесла система Valvetronic?
Благодаря применению данной системы удалось значительно снизить расход топлива при работе двигателя в режиме холостого хода — примерно на 18%. При функционировании в других режимах получилось до 10% экономии горючего. Агрегаты, оборудованные данной технологией, могут похвастаться улучшенной динамикой и отзывчивостью на нажатие педали акселератора, а также снижением вредных выбросов в атмосферу.
Проблемы Valvetronic
Электродвигатель системы является одним из слабых мест, ресурс его составляет, как правило, не более 150 000 км. Причиной служит скопление графитовых частиц в его герметичном корпусе, приводящее к тому, что моторчик со временем начинает «коротить».
Наиболее частой и довольно дорогостоящей поломкой системы является износ зубчатой шестерни вала системы Valvetronic. Для устранения такой неисправности ранее необходимо было покупать вал с шестернёй и выполнять замену. Сегодня мы узнали о существовании другого решения.
Износ зубчатой шестерни? Теперь необязательно менять вал целиком!
Мы отправились на столичную СТО, чтобы пообщаться с Игорем Александровичем — специалистом, который занимается ремонтом автомобилей BMW более тридцати лет. Именно этот человек придумал альтернативу замене вала и воплотил её в жизнь. Но обо всём по порядку.
— В двигателе без системы Valvetronic поднятие клапанов выполняется всегда на одну и ту же высоту. Кулачок распределительного вала воздействует на толкатель, а тот, в свою очередь, на клапан, — вводит нас в курс дела собеседник. — В системе же Valvetronic есть промежуточный вал, который путём подвода и отвода так называемых клиньев регулирует высоту поднятия впускных клапанов. Это очень удобно, например, для режима холостого хода, чтобы клапаны поднимались на минимальную высоту, процентов на пять от всего хода (ориентировочно 0,3 мм). Соответственно, при таком малом открытии наполнение цилиндра равно не ста процентам, а тем же трём-четырём — всё зависит от объёма поступившего воздуха. На этот объём воздуха подаётся топливо в количестве, необходимом для создания стехиометрической смеси. Благодаря данной системе моторы стали очень отзывчивыми.
— Вот этот компонент (зубчатая шестерня) очень быстро изнашивается, особенно в городском цикле, ресурс составляет 120—150 тысяч километров, — продолжает свой рассказ специалист. — Когда увеличивается пятно контакта более чем на две десятых миллиметра, мощности электродвигателя уже не хватает на проворачивание червячной шестерни. Стандартное решение в данной ситуации — замена вала системы Valvetronic. Ещё в прошлом году новый стоил порядка 1 200—1 300 долларов, бэушный — $300—400. Дешевле, но его же на 40—50 тысяч километров хватает. Снова выполнять замену? Так и появилась идея об изготовлении шестерни, на реализацию ушло три года.
— Сначала стояла задача сделать копию заводской детали. Когда она была уже готова, мы опробовали её на одном моторе — N55. После двух или трёх тысяч пробега на ней появился большой износ, так как был применён слишком мягкий материал в процессе её изготовления. Начался этап подбора твёрдости — в итоге выбор пал на инструментальную сталь, а шестерни получились твёрже, чем оригинальные. Для нарезки зубьев на таком крепком металле необходима особо твёрдая фреза, поэтому было принято решение создавать из инструментальной стали, а затем закаливать. Подобная фреза стоит порядка 800 белорусских рублей, а хватает её только на пять шестерней: прочность металла даёт о себе знать.
— Твёрдость материала не единственная мера для снижения вероятности быстрого износа. Параллельно мы искали оптимальный зазор между зубчатой и червячной шестернями, чтобы снизить износ и моторчика, и вала. Зазор регулировали посредством изменения размера зубчатой шестерни. Были изготовлены три звёздочки разных размеров, которые поочерёдно установили в двигатель. В процессе такой обкатки я выбрал оптимальный вариант.
Шестерня приваривается к валу в трёх точках — этого хватает для плотной фиксации. После появления износа, ориентировочно на пробеге 100—120 тысяч километров, можно аккуратно срезать, перевернуть деталь другой стороной и снова приварить. Оригинальный компонент ходит 120—150 тысяч километров, предложенный нами — в два раза дольше.
**
— Первый автомобиль, на котором мы применили данное решение, преодолел уже более 50 000 км. Недавно выполняли в нём замену прокладки клапанной крышки — отличная возможность заглянуть внутрь ГБЦ! Мы ею воспользовались и убедились, что система Valvetronic работает прекрасно с этой деталью, — рассказывает Игорь Александрович. — Другие СТО уже начали обращаться к нам. При сотрудничестве чаще всего мы не продаём отдельно шестерню, а предоставляем вал с уже установленной, взамен забираем старый. По стоимости выходит 300 долларов — намного выгоднее, чем покупать новый вал!
av.by выражает благодарность Игорю Александровичу Баню за помощь в подготовке материала.
Столкнулись со сложным ремонтом или хотите поделиться личным опытом «капиталки» двигателя (МКПП, АКПП, «робота» или вариатора)? Напишите нам на news@av.by. Будем вместе рассказывать о нюансах!
