BMW Valvetronic — новый подход к газораспределению

Дебютировавший на Женевском автосалоне 2001 года легковой автомобиль BMW 316ti Compact вызвал большой интерес своим новым 1,6-литровым двигателем с системой газораспределения Valvetronic, которую специалисты тут же окрестили революционной. Действительно, новинка, уже находящаяся в производстве, способна одновременно решить множество важных проблем.

Как известно, в 2005 году в Европе вступят в силу новые нормы по токсичности Евро-4, и уже сейчас моторостроителей беспокоят способы удовлетворения этим требованиям их серийной продукции. Испытанный прием — очередная перенастройка блока управления — существенно ухудшает мощностные параметры моторов и поэтому больше не приемлема. Переход на непосредственный впрыск бензина в цилиндры увеличивает выбросы окислов азота, и это обстоятельство требует установки на машины более совершенных нейтрализаторов. Эти устройства, чтобы их не вывели из строя примеси серы, содержащейся с избытком в европейском бензине, должны иметь систему регенерации, которая существенно увеличивает их стоимость, а вместе с этим ставит под вопрос саму идею применения системы непосредственного впрыска бензина на моторах.

Компания BMW решила отказаться от впрыска в цилиндры, но вместо этого внедрить на своих моторах новую систему газораспределения, при которой отпадает необходимость в дроссельной заслонке — старом и очень несовершенном узле регулирования подачи поступающей в цилиндры рабочей смеси. Давно было известно, что при неполном открытии заслонки она увеличивала сопротивление проходу воздуха, что приводило к росту расхода топлива и повышению токсичности выхлопных газов, однако это долгое время считалось неизбежным злом.

Повысить экономичности моторов без потерь мощности при удовлетворении норм Евро-4 и сохранении системы впрыска во впускной коллектор инженерам BMW удалось благодаря введению дозирования поступающей в цилиндры рабочей смеси путем изменения высоты подъема впускных клапанов. Сложнейшая задача потребовала разработки специального механизма, который мог бы работать с величайшей точностью, ведь диапазон подъема клапана должен был быть равен 0 — 9,7 мм.

Привычная цепочка «распредвал — коромысло — клапан» была дополнена эксцентриковым валом и промежуточным рычагом. Эксцентриковый вал вращается приводимый от электродвигателя через червячную передачу. В созданной кинематической цепи электромотор, «руководимый» компьютером, поворачивая эксцентриковый вал, увеличивает или уменьшает плечо промежуточного рычага, задавая необходимую свободу перемещения коромыслу, с одной стороны опирающемуся на гидротолкатель, а с другой воздействующему на впускной клапан. Меняется плечо промежуточного рычага — меняется высота подъема клапанов в соответствии с нагрузкой на двигатель.

Система Valvetronic - устройство, позволяющее изменять ход клапана в зависимости от числа оборотов коленвала. Благодаря этому, на высоких оборотах достигается наилучшая вентиляция цилиндра, наилучшее его заполнение топливовоздушной смесью. При минимальных оборотах ход клапана минимален. При этом уменьшается эффект перекрытия клапанов, благодаря чему расход топлива минимален. С увеличением числа оборотов величина открытия клапанов увеличивается. При этом уменьшается сопротивление газовым потокам внутри цилиндра, скорость продувки и наполнения цилиндра топливовоздушной смесью возрастает.

Кроме того, увеличивается действие т.н. инерционного эффекта. Топливновоздушная смесь внутри цилиндра запирается клапанами при гораздо большем давлении, ее плотность выше, чем при минимальных оборотах.

Величина открытия клапана = h1
Величина открытия клапана = h2

Из рисунков видно, что величина открытия клапана при максимальных оборотах h2 больше, чем при минимальных.

Кулачок, смещающий ось толкателя, имеет электрический привод. Это позволяет задавать угол поворота нелинейным и программировать его индивидуально для каждого двигателя.

Испытания показали, что при 15-процентном повышении себестоимости двигатели с новой системой газораспределения, получившей название Valvetronic, дают 18-процентное снижение расхода топлива при работе на холостом ходу и 10-процентное при работе на частичных нагрузках. Проблема соответствия нормам Евро-4 успешно решена. Улучшилось быстродействие в цепочке «педаль газа — система питания», что благоприятно сказалось на снижении времени реакции автомобиля на действия со стороны водителя. Ну, а как быть с разрежением в коллекторе, необходимом для работы усилителя тормозов? Специально для нужд тормозной системы установили вакуумный насос. Самое интересное, что введя столько нового, старую дроссельную заслонку не убрали из двигателя совсем. Она стала необходима лишь при диагностике системы Valvetronic. На всех режимах работы мотора заслонка всегда «отдыхает», оставаясь полностью открытой.

В ближайшее время система Valvetronic будет внедрена на всех других бензиновых автомобильных двигателях компании BMW. Интересно, чем ответят конкуренты?