Среди всех систем «улучшающих, снижающих, оптимизирующих» изменение геометрии впускного тракта — одна из самых старых и, пожалуй, самая незаметная. Но оттого не менее важная. Разбираемся, как она работает и какие хлопоты может доставить.
Физика процесса
Что касается истории появления, то известен документ, датированный 1955 годом. Некий Йоханнес Гассманн из Daimler Benz предложил впускной коллектор, в котором воздух мог поступать в двигатель либо «напрямую», либо делать крюк по отдельной ветви тракта. В патент, причем в США, эта идея превратилась в 1958-м.
Читатель наверняка скажет, что многие инженерные решения, касающиеся двигателя — два распредвала и верхнее их расположение, четыре клапана на цилиндр и т. д. — появились много раньше. Однако из второстепенных систем — турбонаддува, изменения фаз газораспределения, непосредственного впрыска — впускной коллектор переменной длины вошел в обиход все-таки раньше. Отметим, что на тот период эта мера стала самым действенным способом повышения мощности мотора. Точнее, исключила возможность потери эффективности вследствие чисто физических процессов. Ведь попавший в коллектор воздух, после того как закрывается впускной клапан, идет обратно к дроссельной заслонке. Упирается в закрытый БДЗ и возвращается к клапану. То есть возникает волновой процесс с разрежением и сжатием в разных частях патрубка.
Инженеры были вынуждены обходить сразу несколько негативных явлений. Во-первых, не сделать так, чтобы клапаны открылись в тот момент, когда воздух движется по направлению к заслонке. В таком случае в цилиндры его попадет мало и нормального сгорания обеспечить будет невозможно. Во-вторых, в это же время не открыть заслонку. Два потока, идущие в противоположные стороны, столкнутся, и камеры сгорания опять же недополучат воздуха. А в-третьих, клапаны желательно открыть именно тогда, когда воздух идет к ним от дросселя, также распахнутого. Один поток накладывается на другой в направлении к клапанам и получается то, что называется резонансным, инерционным или газодинамическим наддувом.
Проблема в том, что эти волновые, резонансные процессы напрямую зависят от оборотов двигателя. На низких воздух движется в коллекторе с невысокой скоростью. И если впускной канал выполнить широким, то воздуха в камеры сгорания попадет недостаточно и смешивание его с топливом будет некачественным. Здесь нужен тракт подлиннее с сечением поменьше — чтобы увеличить скорость течения потока и улучшить наполняемость цилиндров воздухом. Как показала практика, на «низах» это поднимает крутящий момент двигателя.
На высоких оборотах коленвала скорость потока больше. Тут напрашивается короткий и широкий канал, который бы позволил больше наполнить цилиндры воздухом. Самое простое, но отнюдь не оптимальное решение — сделать нечто среднее, более-менее отвечающее тем и другим условиям. Так, в общем-то, и делали, смиряясь с тем, что на каких-то оборотах (в зависимости от ориентации двигателя — низких, средних или высоких) мотор тянет не очень. Пока упомянутый немецкий инженер не запатентовал свое изобретение. С тех пор система изменения геометрии впускного тракта потихоньку пошла в массы, с дорогих автомобилей перебираясь на более доступные.
Исполнение и управление
Система изменения геометрии впускного тракта, даром что называется таковой, может иметь разные исполнения. В одном из часто применяемых вариантов впускной коллектор имеет по два канала на каждый цилиндр. Один меньше сечением и на толику длиннее. Работает на низких и средних оборотах. Второй имеет больше сечение и чуть короче. К тому же перекрывается заслонкой, которая открывается на высоких оборотах.
В другом исполнении канал к цилиндру единственный. Однако с помощью закрытой до определенных оборотов заслонки воздух идет к клапанам кружным путем. А после 4000 об/мин заслонка открывается и поток поступает в камеры по кратчайшему маршруту.
Надо сказать, что даже без этих комбинаций с впускным коллектором он практически всегда имеет ресивер. Емкость сразу после дроссельной заслонки, сглаживающую пульсации воздуха и ради лучшего наполнения им цилиндров создающую резонанс.
Разумеется, для работы во всем диапазоне этого не хватает. Поэтому иногда устраивается еще один ресивер (можно увидеть его другие названия — резонансная камера или мощностный накопитель). На высоких оборотах он бездействует. На низких воздух идет через него, пропускаемый заслонками.
Сами заслонки могут представлять собой не металлические или пластиковые пластинки. Иногда вот такие барабаны с окнами, по сути, выполняющими те же функции.
Фактически система изменения геометрии впускного тракта двухступенчатая. Работает по принципу вкл./выкл., переключаясь между двумя режимами. Считается, что единственную (по крайней мере серийную) бесступенчатую регулировку длины коллектора имела «восьмерка» BMW N52, выпускавшаяся с 2001 года. Система называлась DIVA (Differential Variable Air Intake) и имела в ресивере поворотное кольцо, способное приближать или отдалять от впускных клапанов вход воздуха в коллектор. Впрочем, до 3500 об/мин длина подачи была неизменной, а потом постепенно сокращалась вплоть до достижения красной зоны на тахометре.
Не скажем, были ли с DIVA какие-то массовые и критические проблемы. Но в 2005 году от нее отказались, сменив на DISA (DIfferenzierte SaugAnlage) — по сути, коллектор с двухступенчатой регулировкой.
Отличаются системы изменения геометрии способом управления. Самый простой — разрежением в коллекторе, воздействующим на мембрану, чей шток связан с осью заслонок. На низких оборотах разрежение есть, и воздух идет по длинному пути. С ростом оборотов разрежение падает, происходит переключение на короткий маршрут. Но достаточно быстро к управлению этим комплексом подключили электронику. Хотя бы для того, чтобы была обратная связь — датчик считывал положение оси заслонок. А, к примеру, T-VIS (Toyota Variable Induction System), которой оснащались моторы версий GE (4A, 3S, 1G), уже имела электроклапан, управляемый ЭБУ, пропускавший разрежение к мембране. На тойотовской же ACIS (Acoustic Control Induction System; серии 1G, VZ, UZ, MZ, JZ, UR, GR) помимо другого принципа геометрии (вместо двух каналов дополнительный ресивер) ЭБУ учитывал не только обороты двигателя, но и положение дроссельной заслонки.
Наверное, у каждого автопроизводителя есть своя «изменяемая геометрия», нередко — не одна. Названия разные. У Ford это DSI, IMRC и CMCV. У Mazda — VICS и VRIS. Twin Port у Opel и MVIM — у Mitsubishi. Porsche назвала свою систему VarioRam. Daewoo — VGIS. Honda — VVI. Land Rover — VGA. Fiat — CHT, PDA и VIS. Подобно итальянцам и Toyota VIS`ом обозначили свой механизм в Volvo. Сути это, конечно, не меняет. Любая из этих систем несет некую вариацию из обозначенных выше решений. При этом они могут иметь как общие, так и индивидуальные проблемы. Скажем, бээмвэшная DISA может страдать неразборными с завода электроприводами. Их, правда, научились вскрывать и «приводить в чувства». Изнашиваются оси заслонок, отчего те гипотетически могут попадать во впускной тракт.
А вот что бывает на Volkswagen и Audi.
— Надо четко понимать, что система изменения геометрии впускного тракта — прерогатива исключительно атмосферных двигателей. Сейчас же повальное засилье турбонаддува, который исключает всякие «махинации» с длиной и сечением коллектора. Но вихревые заслонки, закручивающие воздух для лучшего смешивания с топливом и, соответственно, сгорания смеси, есть и будут в тренде. Что на дизелях, что на бензиновых моторах. Вот они во впускном коллекторе «турбочетверок» 1,8 и 2,0 л серии EA888.
Впрочем, двигатели с системой изменения геометрии, конечно же, еще в ходу. Единственный проблемный агрегат VAG в этом плане — это «восьмерка» 4,2 FSI. На «верховом» моторе Audi RS4 или R8 (индекс BNS) система изменения геометрии отсутствовала, а вихревые заслонки управлялись вакуумом по показаниям датчиков. А вот на Q7, Touareg, A6 и A8 этот V8 (индекс BAR) спроектирован «моментным», и система изменения геометрии впуска там присутствует наряду с вихревыми заслонками — все управляется сервоприводами.
Было и другое ключевое отличие. На «верховом» BNS компоненты системы были металлическими. На «моментном» BAR тяги, оси, сами заслонки и дополнительные каналы изготавливались из пластика. Примерно через 150 000 км у подвижных частей появляются люфты, и все это приходит в негодность. Сам пластик стареет — под воздействием времени, температур и, например, вследствие того, что система рециркуляции отработавших газов несет на впуск всякую гадость. В итоге у нас были автомобили с этим мотором, где не хватало частей пластиковых каналов системы. Но, очевидно, отколовшимся кусочкам удавалось проскользнуть мимо клапанов. А в цилиндре он не наносил никакого вреда. В одном случае довольно большой кусок пластмассы мы нашли в канале «головки», до клапана. Наконец, попадалась одна машина, где кусочек пластика попал под тарелку клапана и заклинил его. Результат хуже, чем тогда, когда рвется привод ГРМ — в этом случае двигатель просто глохнет, а здесь же семь цилиндров продолжали работать, клапан торчал и по нему колотил поршень. В итоге клапан обломился и в цилиндре произошли такие повреждения, что блок проще было выбросить, чем восстанавливать.
Так что через 150 000 км коллектор нужно менять — отдельно механизм не предлагается, а приобретать бэушный узел, как вы понимаете, особого смысла нет. Систему глушат и ампутируют. Но это не лучшее решение в плане ходовых качеств. Все-таки течение воздуха по длинному каналу на низких оборотах обеспечивало этой «восьмерке» хорошую тягу. Между тем мотор устанавливался на тяжелые автомобили, и потеря момента на низах будет ощутима. Ну а новый коллектор стоит 150 000 рублей — премиальной модель остается, даже будучи немолодой.
Что касается вихревых заслонок, то на тех же EA888 до 2012 года массовое явление — их разбалтывающаяся в посадочных местах ось. Причем на пробегах порой всего лишь в 20 000 км.
При этом датчик положения заслонок начинает показывать «среднюю температуру по больнице» и загорается check. Водитель ничего не почувствует. Не произойдет и фатального разрушения — несмотря на то что, как вы видите, и коллектор пластиковый, и заслонки, и их ось. Быть может, со временем что-то и случится, если владелец вопреки предупреждению не будет обращаться на диагностику. Но нам подобные случаи неизвестны и с BAR тут сравнения неуместны. Однако в любом случае нужно проверять, почему система управления «чекует». Устранение дефекта — это без вариантов замена коллектора, что обойдется примерно в 60 000 рублей.
Те же вихревые заслонки доставляют хлопот и на 3,0-литровом шестицилиндровом дизеле. Так же как и на EA888, начинает люфтить их ось. Вдобавок изнашиваются шаровые соединения в приводе. Последнее точно происходит в силу того, что механизм расположен снаружи и подвержен естественному износу от грязи и температуры.
В конце концов тяга попросту слетает с шара, что стоит ожидать на пробегах более 100 000 км.
Здесь бюджет восстановления не настолько суровый. Тяга с шаровым соединением предлагается отдельно. В зависимости от того, нужно ли демонтировать коллектор с «головки» или нет, вместе с работой это будет стоить около 10 000–15 000 рублей.
Добавим, что имеются проблемы и у системы Opel. В частности, на двигателях Z16XER и Z18XER, где роль заслонок играет упомянутый выше барабан с окнами. При этом больше страдает часть магистрали, передающая разрежение к мембране. В ней от жары под капотом попросту оплавляется штуцер.
Возможно, на японских моторах все куда более надежно и без разрушений? На ниссановской серии «шестерок» VQ, бывает, отказывает заслонка, направляющая потоки воздуха по разным частям коллектора. Причина может быть в электронной части. Или в том, что через одно уплотнение подсасывает воздух. А другое высыхает и деформируется, после чего заслонка перестает выполнять свои функции. Наконец, из-за грязи на впуске она попросту может подклинивать. Хуже, что болтики, крепящие заслонку к ее оси, в состоянии откручиваться и попадать в цилиндры.
Кто-то отмечает, что подобное же встречается на ниссановской «восьмерке» VK45DE. Но там аналогичные болтики откручиваются не от заслонки системы изменения геометрии, а от дросселей. Впрочем, результат может быть столь же печален.
Знаем, что на тойотовских «восьмерках» UZ (упомянутый ACIS) заслонки на осях могут держаться либо на заклепках, либо на болтиках. Так что попадание чего-то в цилиндры зависит от способа крепления. Судя по всему, такие же варианты фиксации заслонки и на других моторах с этой системой — JZ, MZ, VZ, UR и т. д.
Гораздо же чаще система отказывает из-за порванной мембраны, которая с помощью перепадов давления и штока поворачивает заслонки.
Что со всем этим делают? Находят либо отдельно узел заслонки, либо весь коллектор. А вот мембрана отдельно не продается. Можно найти пневмоклапан на что-то другое и попытаться его приспособить к своему двигателю. Самый радикальный вариант — глушение либо демонтаж системы. На отдельных двигателях место крепления заслонки можно поменять на глухую плиту. На иных моторах крепежи заслонок, как видим, надо высверливать.
На небольших по объему агрегатах, передвигающих не особо тяжелые автомобили, отказ системы порой можно и не заметить. Однако на моделях начиная от E-класса и крупных кроссоверах нехватка тяги на низах будет ощутима. Так что решать, что делать с не беспокоящей, но и не помогающей системой, безусловно, владельцу.
