Переменная система регулирования фаз газораспределения имеет множество названий. Всем известна система VTEC компании Honda, Mitsubishi называет ее MiVEC, Toyota — VVT-i, Porsche — VarioCam. Но именно система VANOS от BMW является, пожалуй, самой известной системой с изменяемой фазой газораспределения. Откуда взялось ее название и как работает VANOS?

Фазировка распредвала стала хитом 1990-х годов. Производители соревновались за то, чтобы вывести это решение на рынок. Сегодня невозможно представить себе двигатель внутреннего сгорания, не оснащенный механизмом фазирования распредвала.

Фазировка распределительного вала

Начнем с того, что такое фазировка распределительного вала и почему она так популярна. Как известно, бензиновый двигатель внутреннего сгорания работает в четырех тактах, то есть является четырехтактным. Во время такта впуска впускные клапаны открываются, и поршень движется вниз. Во время такта сжатия при движении поршня вверх происходит сжатие всасываемой топливно-воздушной смеси — все клапаны плотно закрыты. Через долю секунды после того, как поршень достигнет верхней мертвой точки, происходит такт зажигания и работы — клапаны все еще закрыты, так как вся энергия от контролируемого воспламенения смеси должна перейти в силу, перемещающую поршень вниз. Когда поршень достигает нижней мертвой точки, наступает время такта выпуска — выпускные клапаны открываются, отработавшие газы покидают камеру сгорания, выталкиваемые поршнем. Когда поршень снова достигает верхней мертвой точки, выпускные клапаны уже закрыты, а впускные готовы открыться, и мы возвращаемся к началу такта сжатия.

Все компоненты двигателя связаны «жестко» — то есть вращение распределительных валов, которые заставляют клапаны открываться и закрываться, напрямую зависит от вращения коленчатого вала. Это означает, что при любой частоте вращения вала (т.е. «частоте вращения двигателя») клапаны в классической конструкции всегда открываются и закрываются в один и тот же момент.

Несмотря на то, что такая схема работает уже более века в истории двигателей внутреннего сгорания, она не является идеальной. Это связано с тем, что при разных частотах вращения вала условия в камере сгорания различны. При заданном количестве топлива само сгорание всегда занимает одинаковое время, поэтому, например, на низких оборотах двигатель неоправданно расходует энергию на сжатие отработавших газов, которые уже могли бы покинуть камеру сгорания, но выпускные клапаны не открыты. Напротив, при высокой мощности требуется много воздуха — впускные клапаны можно было бы открывать и закрывать раньше, давая двигателю больше времени на сжатие смеси. Это невозможно сделать без изменения фаз газораспределения. Иными словами, ранее «жестко» соединенным компонентам клапанного механизма пришлось придать определенную гибкость.</p

VANOS выходит на сцену

Без технического прогресса такой спрос не мог быть реализован, поэтому эффективных решений в области изменяемого фазового распределения клапанов пришлось ждать долго. В середине 1980-х годов появились первые надежно работающие механизмы, в том числе и VANOS. Это интересное название является аббревиатурой немецких слов «Variable Nockenwellensteuerung» — переменное управление распределительным валом.

Упомянутая гибкость достигалась, как и в других системах, путем присоединения специального вариатора к шестерне, приводящей в движение распределительный вал. Вариатор представляет собой устройство, внешне напоминающее небольшую герметичную чашу. По его окружности расположены зубья, на которые насаживается распределительный вал, а вариатор устанавливается на распределительный вал. Внутри вариатора находится набор шестерен, управляемых небольшим червяком. В зависимости от давления масла, контролируемого компьютером двигателя, который вращает червяк вариатора, внутренняя часть вариатора, соединенная с валом, может вращаться относительно корпуса, закрепленного на головке. Таким образом, распределительный вал может «опережать» коленчатый вал или «замедлять» его вращение относительно вращения вала. Следовательно, клапаны могут открываться раньше или позже, чем в случае жесткого соединения коленчатого и распределительного валов.

Первый VANOS в BMW

Первый VANOS в двигателе BMW появился в бензиновых агрегатах семейства M50, в частности, в вариантах TU (начиная с 1992 года). Он выпускался в двух вариантах объемом от 2,0 до 2,5 л. Этот двигатель можно было встретить на BMW 5 серии E34 (в вариантах 520i и 525i). VANOS предлагался также в спортивной версии двигателя M50, получившей обозначение S50. Этот двигатель устанавливался на модели M3 E36. Это была еще относительно простая система, в которой использовался двухпозиционный вариатор, расположенный исключительно на впускном валу. При заданных оборотах двигателя (около 2000/мин) вал смещался на 12,5 градусов от номинального положения и возвращался к нему при 5000 об/мин. Таким образом, увеличивался крутящий момент в среднем диапазоне оборотов без потери плавности холостого хода (на холостом ходу в этот двигатель можно было положить монету, и он не упал бы) и мощности в верхнем диапазоне оборотов.</p

Преимущества системы VANOS

Преимущества изменяемой фазы газораспределения были настолько велики, что вариатор вскоре оказался и на выпускном валу. Эта система известна как «двойной VANOS» и успешно используется в двигателях BMW до сих пор, хотя и с двумя важными дополнениями.

Первым из них стало появление в 1998 году системы VANOS в бесступенчатом варианте. В отличие от предшественника, сдвиг фаз газораспределения не зависел от оборотов двигателя, и фазы не просто менялись с положения А на положение В. В бесступенчатой системе VANOS за основу была взята потребность водителя в мощности, и валы могли независимо друг от друга ускоряться или замедляться на любую величину в диапазоне от 0 до 13 градусов. Таким образом, открытие и закрытие клапанов происходит именно тогда, когда это необходимо, и водитель имеет в своем распоряжении столько мощности, сколько пожелает. В результате двигатели BMW, несмотря на значительную мощность, демонстрируют весьма умеренные потребности в топливе.

Вторым ключевым усовершенствованием VANOS стало введение «недостающего звена» для управления фазами газораспределения. VANOS позволяет определять, когда и на сколько открываются клапаны, — Valvetronic позволяет регулировать степень их наклона. В одних ситуациях лучше оставить клапан слегка приоткрытым на более длительное время, в других — открыть его очень широко на короткое время. Тандем VANOS и Valvetronic дает компьютеру двигателя полную свободу управления всеми параметрами работы клапанов.

VANOS — это, конечно, сложная система, требующая часовой точности. Неравномерная работа двигателя, недостаток мощности и загорающаяся лампочка Check Engine часто являются следствием неисправности системы VANOS в BMW. Цены на ремонт АСО просто ужасающие, поэтому стоит найти сервисный центр, специализирующийся на ремонте BMW.