VTEC — Википедия
VTEC (англ. Variable valve Timing and lift Electronic Control) — электронная система изменения времени и хода клапанов. Используется в двигателях внутреннего сгорания фирмы Honda. Система позволяет эффективно управлять наполнением топливно-воздушной смесью камер сгорания в условиях атмосферного давления. На низких оборотах двигателя система обеспечивает экономичный режим работы, на средних — максимальный крутящий момент, на максимальных оборотах — максимальную мощность.
Реализация VTEC разнообразна, поэтому это не одна технология, а целое «семейство» систем управляемого газораспределения фирмы Honda.
В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания впускные и выпускные клапаны управляются кулачками распредвала. Форма этих кулачков определяет момент начала открытия, ход и конец открытия клапана относительно процесса работы двигателя. Ход определяет высоту открытия клапана, а продолжительность открытия отвечает на вопрос «как долго клапан был открыт». Из-за различного поведения топливо-воздушной смеси и отработанных газов в цилиндре до и после зажигания на разных оборотах двигателя, требуются различные настройки работы клапанов. Так, оптимальное соотношение момента, хода и продолжительности открытия клапана на низких оборотах, выльются в недостаточное наполнение цилиндров на высоких оборотах, что сильно уменьшит выходную мощность. И наоборот, оптимальные настройки для высоких оборотов приведут к неустойчивой работе на холостом ходу. В идеале двигатель должен уметь изменять эти установки в широких пределах, подстраиваясь под ситуацию.
На практике спроектировать и создать такой двигатель достаточно трудоёмко и нерентабельно. Предпринимались попытки использования соленоидов вместо обычных подпружиненных кулачков, но такие схемы не дошли до массового производства по причине дороговизны и сложности в исполнении.
Honda VTEC — это попытка совмещения производительности двигателя на высоких оборотах с экономичностью и стабильностью на низких.
Кроме того, в Японии существуют налоги на объём двигателя, заставляя производителей выпускать высокопроизводительные двигатели с относительно маленьким рабочим объёмом. В спортивных машинах, таких как Toyota Supra и Nissan 300ZX, мощность достигается турбонаддувом, Mazda RX-7 и RX-8 используют высокооборотистый роторный двигатель. VTEC — это ещё один подход к созданию мощного малообъёмного двигателя.
Первоначально VTEC был реализован в конце 1980-х на двигателе с двумя распределительными валами (DOHC) и был самой мощной версией до 2001 года. Это был легендарный для своего времени B16A. На каждом распределительном вале для каждого цилиндра вместо обычных 2-х кулачков были сделаны 3. Два крайних задавали ход клапанов в обычном режиме, тогда как средний кулачок имел профиль под высокие обороты. Механизм клапанов был устроен так, что с помощью давления моторного масла, подаваемого через электронно-управляемый клапан, выдвигались особые штифты, которые обеспечивали привод клапанов от центрального «мощностного» кулачка, вместо стандартных. Система VTEC имела также свой датчик давления масла, по которому компьютер определял момент реального подключения и отключения штифтов, и выбирал соответствующие карты впрыска и угла зажигания. Таким образом, по команде компьютера, при соблюдении ряда условий, мотор мог получать больше рабочей смеси и развивать большие обороты, выдавая больше мощности. У мотора после 5000 об.мин. наступало как бы «второе дыхание». Для конца 1980-х — начала 1990-х годов, двигатель объёмом 1,6л, выдающий 160-180 л.с. на атмосферном давлении, имеющий довольно простую и надежную конструкцию с высоким запасом прочности, был весьма прогрессивен.
С ростом популярности и рыночного успеха VTEC, Honda выпустила упрощенную версию VTEC — SOHC VTEC. Поскольку в SOHC двигателях используется один, общий распредвал для впускных и выпускных клапанов, VTEC работает только на впускных клапанах. Причина лежит в свечах зажигания, которые расположены между двумя выпускными клапанами, делая затруднённым размещение центрального профиля выпускных кулачков. Это ограничение было снято лишь в 2009 году, когда появился двигатель V-6 J37A4, имеющий один распредвал в каждой из двух ГБЦ, но при этом SOHC VTEC, оперирующий как впускными, так и выпускными клапанами.
Следующая версия SOHC VTEC, VTEC-E, была разработана не для повышения производительности на высоких оборотах, а для повышения экономии топлива на низких оборотах или же просто низкой нагрузке на мотор. Функционировала только для впускных клапанов. Для этого, воздействие на клапаны осуществлялось не напрямую от кулачков распредвала, а через посредников — рокеры, или коромысла, которыми VTEC-E может управлять с помощью подачи давления масла на специальные соединительные штифты. На низких оборотах каждый впускной клапан открывался с помощью персонального кулачка распредвала. При этом полноценно открывался только один впускной клапан из двух, в то время как второй открывался незначительно и на меньшее время, создавая совместно с первым сильные завихрения вокруг зоны свечи. Это позволяло использовать обеднённую смесь, добиваясь стабильности воспламенения с помощью достаточно богатой смеси у свечи, одновременно при этом бедной у краёв цилиндра, что вместе с EGR в целом позволяло экономить топливо. При высоких оборотах (не менее 2500) и повышенной нагрузке ЭБУ включал клапан VTEC, и тем самым включался в работу общий для обоих клапанов специальный кулачок, третий, с агрессивным профилем, и оба клапана начинали открываться одинаково в мощностном режиме. Либо же, в более ранних версиях VTEC-E, особого высокопроизводительного кулачка не было — второй клапан просто начинал работать по профилю первого, который мог быть как обычным так и агрессивным. Однако, мощностный режим VTEC-E скорее похож на обычный для классического двигателя без системы VTEC. Поэтому соотношение мощности и объёма двигателей с VTEC-E примерно соответствовало обычным моторам, при этом давая выигрыш в экономии топлива при умеренном стиле езды.
Также, Honda представила на некоторых рынках 3-stage SOHC VTEC. Эта система является комбинацией SOHC VTEC и SOHC VTEC-E. На низких оборотах работает только один клапан (как в VTEC-E), на средних оба клапана по профилю одного из них (как в ранних VTEC-E; для активации этого режима срабатывал первый соленоид VTEC), а на высоких оборотах в действие вступают высокопроизводительные кулачки (как на обычном VTEC; для активации срабатывал второй соленоид VTEC). Таким образом сочетается экономичность и мощность, по сравнению с предыдущими версиями, но возрастает сложность и стоимость мотора.
i-VTEC (‘i’ означает интеллектуальный (англ. intelligent)) дополнительно представил непрерывно изменяемые фазы газораспределения (VTC — Variable Timing Control) на распредвале впускных клапанов в системе DOHC VTEC.
K-серия[править | править код]
Технология i-VTEC впервые применялась на четырёхцилиндровых двигателях серии К в 2001 году (в 2002 в США). Подъём и продолжительность открытия клапанов по-прежнему управлялся разными фиксированными профилями кулачков, но впускной распредвал получил способность произвольно смещать угол начала хода клапанов от 25 до 50 градусов (в зависимости от двигателя). Для этого шестерня распредвала сделана не цельной деталью, а гидравлическим механизмом. Фазы управляются компьютером, используя давление масла внутри механизма шкива. Регулирование фаз зависит от оборотов и нагрузки двигателя, и фазы могут варьироваться от отсутствия опережения на холостом ходу — до максимального опережения под полным газом и низкими оборотами. Как следствие, увеличивается момент на низких и средних оборотах. Важной способностью такой системы является т.н. «перекрытие клапанов», когда впускные и выпускные клапаны оказываются одновременно открыты для лучшей вентиляции. Кроме поднятия мощности на высоких оборотах, это даёт возможность использовать рециркуляцию выхлопных газов без традиционно применяемого особого клапана EGR.
Для моторов серии К существуют две разновидности i-VTEC:
Первая использует оба распределительных вала и создана для мощных моторов, таких как в RSX Type-S, TSX, Odyssey Absolute. Имеет повышенную степень сжатия.
Вторая использует лишь впускной вал по принципу, аналогичному SOHC VTEC-E, и предназначена для экономичных моторов, таких как в CR-V, Odyssey или Accord. То есть, по сути является VTEC-E, но со вторым распредвалом без VTEC и наличием VTC на впускном валу. Работает на бензине марки Regular.
Оба мотора можно легко различить по выдаваемой мощности: производительные системы выдают до 206 л. с., а экономичные моторы не превышают 173 л. с.
R-серия[править | править код]
Эта серия моторов стоит особняком от остальных VTEC-моторов. Двигатель одновальный (SOHC i-VTEC), имеет классически для VTEC 3 впускных кулачка на цилиндр, но два из них «большие» и один «маленький». Большие кулачки управляют своими клапанами постоянно, маленький же может включаться в работу системой i-VTEC от низких до средних оборотов, а не на высоких как обычно для VTEC-систем. Предназначен он для того чтобы временно приоткрывать один из впускных клапанов во время такта сжатия, на манер цикла Аткинсона (Миллера), что снижает насосные потери и позволяет эффективнее проводить рабочий такт. Данное решение позволяет иметь выгоды от топливной экономичности цикла Аткинсона, без существенного усложнения мотора и потери динамических характеристик.
J-серия[править | править код]
В дальнейшем, i-VTEC появился и на некоторых одновальных V-6 двигателях Honda.
В 2003 Honda представила новый V-6 двигатель с системой SOHC i-VTEC и системой отключения части цилиндров VCM. Система может по команде ЭБУ отключать 3 цилиндра (позже и 2), добиваясь снижения расхода топлива в режиме низких оборотов и нагрузок. Потребление топлива при этом чуть превышает соответствующие показатели 4-цилиндровых моторов.
Также, эта технология применена на 4-цилиндровом двигателе объёмом 1.3 л., устанавливаемом на Honda Civic Hybrid.
Впервые применена на Honda Stream в 2004 году на 2-литровом двигателе типа DOHC. Является разновидностью i-VTEC для прямого (непосредственного) впрыска топлива. Отличается возможностью работы на особенно бедной смеси до 65:1, что даёт отличную топливную экономичность.
Компанией Honda запатентована версия VTEC с непрерывно изменяемыми временем и ходом клапанов, а также фазами открытия. До этого время и ход клапана в системах VTEC жестко задавалось профилем кулачков распредвала. Однако, воплощения в серийных автомобильных двигателях эта технология пока не получила (актуально на 2016 год).
Сочетание системы VTEC, непосредственного впрыска и турбокомпрессора. Представлено в 2013 году как часть новой технологической линейки Earth Dreams Technology. Применяется на двигателях небольшого объёма, от 1 до 2 литров.
Компания Honda традиционно почти не использовала турбонаддув, идя по пути совершенствования атмосферных двигателей с помощью VTEC. В данной технологии соединились не только VTEC и турбонаддув, но и также редкий для Honda непосредственный впрыск топлива.
Еще в 1999 году Honda представила на рынке Японии CB400SF Super Four HYPER VTEC. С 2002 года модель VFR800 представила VTEC по всему миру. Система VTEC работает похоже на VTEC-E — полноценно открывается только один из клапанов, либо все вместе.
Honda Civic Система VTEC SOHC, работа на пальцах
НА САЙТЕ ВЕДУТСЯ РАБОТЫ. ВОЗМОЖНЫ СБОИ, НЕКОРРЕКТНОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ.
Случайная статья узнай что то новое
Как работает VTEC система: расположение и типы
Система VTEC — The Variable Valve Timing and Lift Electronic Control, электронно-управляемая система фазы клапанов, ее наличие обусловлено моделью двигателя, а именно моделью ГБЦ, соленоидами подачи масла и блока управления двигателям ECU с распределенным впрыском. На нижнем изображении показано место на ГБЦ, где находятся соленоиды VTEC, отвечающие за включение рокера с большим ходом. На втором изображении показано, где находится VTEC — бочонок соленоида говорит о том, что в двигателе установлен VTEC. Существуют разновидности одновальной SOHC системы VTEC, к сожалению, вторая система DOHC VTEC не устанавливалась на моторах серии D D14, D15, D16. Сопротивление клапана соленоида VTEC 14-30ом, при 12 Вольт.
Вид соленоида двустэйжевой системы VTEC
Место расположения соленоида на блоке ГБЦ Honda Civic
Что такое VTEC, как работает VTEC, смысл системы
По простому, электронно-управляемая система фазы клапанов, или просто VTEC. достаточно понять пару основ для чего она нужна и все встанет на своим места. Обычный 4х тактный двигатель, тянет воздух из атмосферы при давление в 1 бар, тоесть примерно 760ммрт (Так же это 1 атмосфера или 101кПа). С увеличением оборотов, возрастает и скрость движения поршня. На низких оборотах поршень засасывает воздух максимально чисто на сколько возможно, тоесть поршень медленно опускаясь засывает объем с давелнием в 1 атмосферу. С увеличением скорости поршня, давление снижается, тк уже не хватает времени чтобы воздух был при нормальных условиях. Вы наверное видели графики с диностенда, где пиковая мощность около 5000-6000 оборотов, а дальше линия мощности падает. Это потому что двигатель не может засосать воздуха больше, он на столько разрежен (тоесть молекул воздуха мало) что становиться трудно раскрутить мотор. Вариантов решения много, убрать сопротивление воздуха путем установки нулевого фильтра, холодного впуска, увеличением диаметра дроселя, портирование каналов впуска или нагнетать воздух под давелнием. Но, Honda придумала свой способ. При достижение критической точки достижения мотора мощности (примерно 5500 оборотов), включается система VTEC на впускных клапанах, которая держит клапана немного дольше открытыми чем обычно, что дает дополнительное время на «всос» воздуха. теперь мертвая точка смещается в диапазон 7000. Любая работа с впускной системой типа портинга дает прибавку к мощности на верхах но может отнять очки по тяге на низах, так как момент так же смещается на более выскокие обороты, до которых еще надо расскрутить двигатель, воздуха очень много. что делать? душить двигатель на низах, уменьшийть пропускаемость воздуха к примерну уменьшив диаметр дроссельной заслонки. Наверное вы слышали что 8 клапанный двигатель на низах имеет больший потенциал чем 16 клапанный. Вот это тоже самое. Инженеры Honda придумали систему ECO-VTEC, принцип работы которого не просто сохранить топливо а еще и «задушить» двигатель до 2500 оборотов (примерно) чтобы вытащить максимальную тягу, при работе всего 12 клапанов. В сумме получается, что при полном VTEC 3-Stage, низы задушенны и имеют хороший момент, далее работа в нормальном 16 клапанном режиме, и активация на высоких оборотах уже VTEC чтобы воздуха попало больше. Вот и все что нужно знать из азов по VTEC.
Принцип работы VTEC
Покажу на примере самого известного и простого анимационного изображения, объясняющего принцип работы VTEC. По достижению давления масла в двигателе, а также достижению оборотов, обычно 5500 RPM за счет соленоида открывается клапан VTEC, который подает масло в систему газораспределения.
Анимационная демонстрация части работы системы VTEC
Давления масла толкает «защелки» рокеров, которыми блокируется основные и средний рокер. Теперь клапаны открываются глубже — дольше. В этот же момент в блоке управления двигателем мозге ECU переключаются топливные карты и карты зажигания. За счет обогащенной смеси и более длительного открытия клапанов появляется более мощный импульс для толкания поршня.
Принцип действия включения рокера VTEC
Длительность открытия клапана VTEC
Как вы понимаете, длительность открытия клапана VTEC зависит от оборотов двигателя RPM. Примерно на 5500 оборотах VTEC включается, при 4600 (примерно) VTEC выключается. На автоматической коробке до 4 передачи включение VTEC составляет не более 5 секунд, система автоматизирована и при достижении оборотов и скорости переключает передачу, а значит, сбрасывает обороты RPM. По времени работы системы VTEC это всего несколько секунд, но именно они дают настоящий прирост. Втек не включается на нетралке, и режиме парковки в автомате и вараторе.
VTEC 3-Stage: что это такое
Наконец я расскажу о системе VTEC 3-Stage, (3 стейдж). Данная система установлена так же в ГБЦ, устанавливалась после 1996 года. Имеет 2 соленоида. Управляется 12вольтами, при подаче открывается клапан подачи масла, если есть конечно давление масла. Ставился на JDM моторе D15B, одновальной SOHC, и конечно не B серии. Вещь довольно интересная и пользуется спросом. Имеет 3 стадии, совмещает все режимы работы всех видов SOHC D серии. ECU были нескольких типов, но только OBD2 серии, ниже список всех ECU p2j 3-Stage
- OBD2A 37820-P2J-J62 Вариатор
- OBD2A 37820-P2J-J63 Вариатор
- OBD2A 37820-P2J-J61 Вариатор
- OBD2A 37820-P2J-003 Механика
- OBD2B 37820-P2J-J11 Механика
- OBD2B 37820-P2J-J81 Вариатор от Vi-RS
- OBD2B 37820-P2J-J71 Вариатор
VTEC 3-Stage: Автомат
В 6 поколление, с которого пошел 3-Stage VTEC, были комплектации только с механической и вариаторной коробкой передач. Но в 7 поколение с 2001 по 2003 год, на моторы 1.6 так-же устанавливалась голова P2J (PLL), и управлялась соответственно мозгом 37820-PLL-D52. Мотор 3-Stage VTEC назывался D16W9 и имел мощность 130лсю
VTEC 3-Stage: принцип работы
Как работает VTEC 3-Stage, первая стадия начинается от 0 RPM и заканчивается в 4000 RPM. в этой стадии ГБЦ работает как VTEC-E. Работает только 12 клапанов. в каждом цилиндре работает два выпускных клапана но только один впускной. Это позволяет делать экономичный и плавный разгон.
Следующая стадия, это работа всех 16 клапанов. Включается первый VTEC соленоид. Обычный режим, работает от 4000 до 6000
Последняя третья стадия, включается второй клапан, впускные клапана открываются на больший период, что позволяет дать больше топливной смеси. Работа от 6000 и до конечной точки работы
Отключается вся система в обратном порядке, сначала 2й соленоид, потом 1 соленоид.
Пора за работу
Теперь когда вы знаете как работает VTEC пора его ставить на свой D14A3 или D14A4, предлагаю воспользоваься переводом статьи DoDo Joris, которой пользовался я, либо воспользоваться моей статьей об установке VTEC. Тем неменее, удачи в ваших экспериментах.
Случайная статья узнай что то новое
Данная статья актуальна для автомобилей Honda выпуска 1992-2000 годов, таких как Civic EJ9, Civic EK3, CIVIC EK2, CIVIC EK4 (частично). Информация будет актуальна для владельцев Honda Integra в кузовах DB6, DC1, с моторами ZC, D15B, D16A.
что это такое, для чего он нужен и как работает
VTEC или Variable valve Timing and lift Electronic Control – автоматическая система управления величиной подъема клапанов в силовых установках Honda. Позволяет сделать контролируемым уровень наполнения камер сгорания горючей смесью в зависимости от того, с какой нагрузкой работает двигатель. Как результат, ДВС со сравнительно небольшим общим объемом цилиндров работает экономичнее на пониженных оборотах, обеспечивает наибольший крутящий момент на средних, и выдает высокую мощность на максимальных.
Нужно отметить, что экономия носит относительный характер и зависит от того, до какой степени была нажата педаль газа. Например, при обычной езде в условиях города на скорости 60 км/ч бензина на 100 км потребуется меньше. При резком ускорении, а также частой смене манеры вождения расход значительно увеличится. Это и является сутью VTEC: использовать мощность двигателя по ситуации. Когда надо, авто справится с задачами обычного городского транспортным средством, а при необходимости покажет и «гоночный» характер.
Для чего нужен VTEC
В обычном 4-тактном ДВС клапаны для впрыска горючей смеси и выпуска отработавших газов приводятся в движение кулачками. Геометрические параметры этих деталей определяют, насколько высоко может подняться каждый клапан, и как долго он будет находиться в таком положении. Чем рабочая часть кулачка длиннее и шире, тем больше при вращении распределительного вала откроется клапан. В цилиндр поступит больше топливовоздушной смеси, и силовой агрегат покажет высокую мощность с увеличением оборотов. Но чем чревато исполнение вала и кулачков ГРМ в серийном автомобилестроении именно таким образом?
Во-первых, расход топлива всегда будет запредельным, и не важно, в каком режиме работает ДВС. Во-вторых, силовая установка окажется ненадежной. Появится перегрев, повышенный износ поршневой группы, цилиндров, необходимость утяжеления и удорожания авто за счет громоздкой системы охлаждения.
По этой причине основная масса автомобилей, выпускаемых серийно для массового потребителя, имеет оптимальные размеры кулачков. Одновременно достигаются сразу две цели – экономичность и плавность хода. Инженеры из Honda пошли другим путем, создав систему VTEC, которая способна обеспечивать высокую мощность при низком среднем расходе топлива.
Как работает VTEC
В стандартных двигателях ход каждого клапана обеспечивает один кулачок, который установлен на распредвале. В силовых установках Honda на одном цилиндре размещено по паре клапанов на впуск и выпуск. Следуя логике, в обычной конструкции силовой установки и кулачков должно быть столько же. В системах VTEC этих кулачков три – 2 крайних и 1 центральный. При низких оборотах режим работы ДВС регулируется только боковыми кулачками. Средний же с особым (так называемым «силовым») профилем включается при повышении числа оборотов.
Кулачки действуют на клапаны посредством рокеров (коромысел), которые функционируют независимо друг от друга. Как и кулачков, их на группу из 2 клапанов также три. Пока двигатель крутит вал на малых оборотах, средний кулачок не задействован. Как только срабатывает VTEC, давление масла по команде электроники смещает внутри коромысел специальный штифт. Образуется единая конструкция из боковых и среднего кулачков. Теперь поведением клапанов управляет центральный кулачок с особым профилем. Таким образом, клапаны в течение всего периода работы двигателя на повышенных оборотах открываются максимально, в камеру сгорания подается больше рабочей смеси, мощность двигателя возрастает.
Читайте также: Что такое VANOS на BMW и как он работает.
Варианты систем VTEC
Рассматривать VTEC следует не с позиций обособленной системы, а целое семейство инженерных решений, которые были реализованы в разные годы. Разновидностей VTEC в двигателях полноценных легковых автомобилей массой как минимум в 1000 кг (существует и аналоги для мотоциклов) несколько:
- DOHC VTEC (1989-2001) – система на самом мощном безнаддувном силовом агрегате Honda до 2001 года, известном под маркой B16A. По 3 кулачка для впускных и выпускных клапанов цилиндров устанавливались на каждом из двух распределительных валов. По достижении 5000 об/мин бензиновый ДВС начинал работать с повышенной мощностью, выдавая при объеме всего 1,6 литра до 180 л. с. Все это было возможно на атмосферном давлении без турбонаддува. Для сравнения, дизельный двигатель 1J2 (TDI), которым оснащались автомобили немецкого производства с конца 1990-х годов, имеет турбонаддув, объем 1,9 л, но выдает только 110 л. с.
- SOHC VTEC (с 1991 по 2001) – упрощенный вариант VTEC. Так как в двигателях SOHC используется единый вал с кулачками для впускных и выпускных клапанов, VTEC реализована только на впуске.
- SOHC VTEC-E (1991-2001) – дальнейшее развитие технологии, но уже не для повышения мощности, а с целью снизить расход топлива либо нагрузку на двигатель при умеренном стиле езды. Посредством рокеров кулачки обеспечивают большее открытие только одного из двух клапанов. Второй открывается несущественно, благодаря чему образовывается сильное завихрение в районе искрения свечи. Это дает возможность применять обедненную рабочую смесь. Если ДВС переходит в режим работы на повышенных оборотах, VTEC осуществляет одинаковое открытие обоих впускных клапанов цилиндра, прибавляя таким образом мощности.
- 3-stage SOHC VTEC (1995-2001) – третье поколение SOHC VTEC. Сочетание двух упомянутых выше разновидностей VTEC с возможностью работы в трех режимах. На малых оборотах открывается и закрывается только один клапан цилиндра, на средних – два, на высоких задействуется кулачок с особым профилем. В результате достигаются и экономичность при средней и малой нагрузке, и мощность при высокой.
- i-VTEC (с 2001) – наиболее современная вариация VTEC. Как и прежде, используется трехкулачковый механизм управления клапанами. Важное отличие от других типов VTEC заключается в том, что моменты открытия и закрытия впускных клапанов при одном и том же положении поршня могут регулироваться интеллектуальной системой. Вследствие этого изменяется степень наполнения цилиндров рабочей смесью. На малых оборотах она меньше, на повышенных – больше.
Видео на тему
Похожие статьи
Что такое VTEC (как работает, типы, конструкция)
Увеличение времени и высоты открытия клапанов – это простой способ повысить мощность атмосферного силового агрегата. Благодаря незначительному внесению изменений в конструкцию газораспределительного механизма – установке распредвала с измененной геометрией кулачков, обеспечивается улучшенное наполнение цилиндров топливовоздушной смесью, а соответственно – и выход мощности.
Но на деле не все просто – максимальная мощность нужна на высоких оборотах, при средней же и малой нагрузке на двигатель увеличенное время открытия клапанов приводит к снижению тяги и перерасходу топлива. Поэтому автопроизводители при разработке двигателей подбирают геометрию кулачков распределительного вала так, чтобы работа ГРМ обеспечивала функционирование двигателя на всех режимах.
Решение сложившейся ситуации с ГРМ предложили конструкторы Honda и внедрили его на силовые агрегаты, которыми комплектуют автомобили. Японцы разработали систему электронного изменения хода и времени открытия клапанов, которую обозначили аббревиатурой VTEC. Она позволяет регулировать газораспределение в зависимости от режима функционирования мотора, что обеспечивает максимальный выход мощности на высоких оборотах и при этом не влиять на расход топлива и тяговое усилие при средней и малой нагрузке.
VTEC – проста по конструкции, но эффективна и доказательством тому тот факт, что атмосферные двигатели автомобилей Honda по мощностным показателям не уступают турбированным.
VTEC – разработка не новая, ее конструкторы Honda разработали и внедрили более 25 лет назад и используют сейчас. При этом по мере усовершенствования моторов модернизировалась и VTEC – она применима на моторах с системой газораспределения DOHC и SOHC. Honda применяет VTEC на авто и на мотоциклах.
Общая концепция
Содержание статьи
Чтобы разобраться, что такое VTEC, рассмотрим, чем отличаются обычный и спортивный распредвалы. Конструктивно оба валы одинаковы, но у последнего высота кулачков больше, чем у обычного, а геометрия их – более плавная. За счет такой формы кулачков спортивные распредвалы обеспечивают лучшее наполнение цилиндров из-за увеличенных времени и высоты открытия клапанов.
VTEС совмещает в себе конструктивные особенности простого и спортивного распредвалов, что позволяет автоматически регулировать фазы газораспределения в зависимости от условий работы мотора. На малых оборотах система задействует кулачки с обычной геометрией, поэтому экономно расходуется топливо, а на высоких – с увеличенной высотой, обеспечивая максимальный выход мощности.
Конструктивные особенности
Рассмотрим, что такое ВТЕК на Хонде на примере двигателя с системой ГРМ DOHC, поскольку на этом моторе она впервые начала использоваться и является конструктивно самой простой. Особенность этого газораспределительного механизма — применение 4 клапанов на каждый цилиндр (по паре впускных и выпускных, работающих синхронно) и двух распредвалов, каждый из которых отвечает за открытие своих клапанов.
Принцип действия включения рокера VTEC
Выключение рокера VTEC
VTEC на этом двигателе имеет два режима работы и подразумевает использование трех кулачков на пару клапанов (как впускных, так и выпускных), вместо двух. Третий кулачок – с увеличенной высотой и плавной геометрией (повторяет форму кулачка спортивного распредвала) и размещен он между двумя обычными.
Крайние кулачки (с обычной формой) воздействуют на клапаны не напрямую, а через рокеры, коромысла, толкатели (в зависимости от конструкции ГРМ). У центрального кулачка тоже есть рокер (коромысло), но они никакого воздействия на клапаны не имеют. Зато в них проделан масляный канал и установлены выдвигающиеся штифты, которые заходя в специальные углубления крайних рокеров (кромысел), соединяют между собой рокеры и обеспечивают их синхронное движение.
Масляный канал, проделанный в осях рокеров и центральном рокере, оснащен клапаном-соленоидом, управляемым ЭБУ мотора, что позволяет контролировать подачу масла, которое подаётся в VTEC.
Принцип работы
Как работает VTEC
При работе двигателя на малых и средних оборотах ЭБУ «держит» закрытым клапан-соленоид, давление масла в каналах рокеров отсутствует, и открытие клапанов осуществляется от кулачков с обычной геометрией. Центральный же кулачок воздействует на рокер (коромысло), но поскольку они не связаны с крайними рокерами, то он работает «вхолостую».
При достижении определенных оборотов коленчатого вала, ЭБУ открывает соленоид и масло под давлением подается в каналы, затем поступает в полость центрального рокера (коромысла) и выталкивает из посадочных мест штифты. Эти штифты выдвигаясь, попадают в проточки крайних рокеров. Благодаря этому, рокеры получаются соединенными и двигаются синхронно, как единая конструкция. При этом, поскольку высота центрального кулачка больше, чем боковых, он начинает «задавать» движение рокерам, что и обеспечивает большее время и высоту открытия клапанов.
Одновременно с переходом на использование центрального кулачка распредвала ЭБУ корректирует работу впуска, подавая в цилиндры больше топлива, и как итог повышая мощность.
После снижения оборотов до средних ЭБУ закрывает соленоид, рокеры разъединяются и открытие клапанов снова происходит от боковых кулачков с обычной геометрией.
Типы
VTEC конструкторами Хонда постоянно совершенствуется, поэтому помимо DOHC VTEC она включает в себя несколько видов с разными конструктивными особенностями.
SOHC VTEC
Конструкция VTEC на двигателях с газораспределительным механизмом SOHC отличается от DOHC. В этом ГРМ используется только один распредвал, который приводит в действие впускные пары клапанов цилиндра и выпускные. Из-за этого установка по три кулачка на каждую пару привела бы к увеличению длины вала, а соответственно и головки блока. Дополнительно невозможность использования VTEC на выпускных клапанах обусловлена тем, что между ними проходит свечной колодец. Поэтому конструкторы Хонда на двигателях SOHC применили VTEC только на впускных.
Что касается функционирования, то у SOHC VTEC принцип работы не отличается от DOHC VTEC.
VTEC-E
Следующим этапом развития стала VTEC-E на тех же моторах SOHC. Конструкторы сделали ставку на максимальную экономичность двигателя. И сделано это было путем уменьшения высоты профиля одного из боковых кулачков. В результате, при малых нагрузках впускные клапаны открывались на разную высоту (один оставался почти закрытым), что позволило использовать на этом режиме функционирования мотора обедненную смесь. После же задействования соленоида оба открывались на одинаковую высоту.
Вас также заинтересует:
SOHC VTEC 3-stage
SOHC VTEC 3-stage отличается наличием трех режимов работы, что позволило подстраивать функционирование ГРМ под рабочие условия мотора. Конструкторы в этом виде совместили SOHC VTEC и VTEC-E, что и позволило получить три режима работы:
- Малые обороты коленвала. При таком режиме система копирует работу VTEC-E – из двух впускных открывается только один, который обеспечивает высокую экономичность мотора;
- Средняя нагрузка. При достижении таких рабочих условий включается в действие второй впускной.
- Высокие обороты. На этом режиме открытием клапанов начинает «заведовать» центральный кулачок с высоким профилем.
Трехрежимная работа VTEC реализована путем установки дополнительного клапана-соленоида. В результате открытием первого осуществляется подключение второго впускного клапана, а задействованием второго – переход на работу клапанов с высокопрофильным кулачком.
Современные разработки
Последующие модификации – i-VTEC серий «K», «R» и «J», AVTEC и VTEC Turbo реализованы на основе SOHC VTEC 3-stage, но они дополнительно функционируют с другими системами – изменяемых фаз газораспределения, отключения части цилиндров, турбонаддувом, непосредственного впрыска. Такая комбинация позволила конструкторам Хонда добиться еще лучших рабочих показателей силовых установок.
Видео: Как работает система HONDA V-TEC
Как устроен автомобильный двигатель VTEC?
VTEC в расшифровке звучит как Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (электронная система для управления высоты подъема и времени открытия клапанов). Основными преимуществами стали экономичность, тяга на низах, взрывной характер.
Открытие состояло в том, что это был первый двигатель, параметры которого можно менять во время движения машины. Благодаря данной системе появился качественный новый стандарт бензиновых двигателей.
Принципы работы системы VTEC
При сравнении характеристик двигателей заметно, что максимальный крутящий момент у одних достигается на оборотах 1800-3000 об/мин (низкие), а у других – на 3000-4500 об/мин (высокие). Это можно объяснить тем, что наиболее эффективное заполнение цилиндров топливно-воздушной смесью, получение максимального крутящего момента осуществимо на определенных оборотах, в зависимости от системы впускного тракта и настроек газораспределительной конструкции. То есть фазы газораспределительного механизма определяют «темперамент» двигателя, и задать их можно профилем кулачков распредвала.
Интересный факт! Фирменная система компании Honda впервые была установлена на двигатели болидов F1. Первым автомобилем с данной новинкой стал Honda Integra в 1989 г. Легендарный В16А имел 100 лошадиных сил (безнаддувных) на 1 л рабочего объёма.
Например, рассмотрим двигатель, который работает на 20 об/мин, клапаны задействуются 10 раз/мин (достаточно редко). Чтобы снять на таких оборотах максимальный момент, клапаны должны открываться на начале такта всасывания, когда только начинается движение поршня от ВМТ (верхней мертвой точки), и закрываться, когда поршень приходит в НМТ (нижнюю мертвую точку). То есть работа клапанного механизма не должна иметь никаких задержек, чтобы не упал крутящий момент. Так можно повысить эффективность во время наполнения цилиндров новым зарядом.
Если достигнуть 4000 об/мин (частота вращения), клапаны (впускной и выпускной) открываться и закрываться будут 33 раза в секунду (2000 раз/мин) – достаточно часто.
Для того, чтобы улучшить наполнение цилиндров ТВС на высоких оборотах, настройте впускной клапан так, чтобы открытие происходило до того, как поршень приходит в нижнюю мертвую точку, а закрывался позже – после прохождения в верхнюю мертвую точку. В таком случае мощность на высоких оборотах возрастет. Конструкторы вынуждены делать среднюю регулировку фаз газораспределения и выбирать подходящий профиль кулачков распредвала. Данный подход не слишком оптимален.
Система VTEC как раз создана для того, чтобы двигатель работал в идеальных условиях на любых оборотах. У двигателей VTEC имеется специальный механизм, распредвал которого имеет кулачки для оборотов (низких и высоких) коленчатого вала в двигателе, этим достигается различный момент открывания, закрывания и высоты подъема клапанов. Это обеспечивает стабильность на средних и низких оборотах, а также хорошую мощность на высоких.
Разновидности системы
Сегодня система VTEC имеет множество разновидностей. Две основные подкатегории основываются на экономичности и мощности. Разновидности системы:
• DOHC VTEC (1989-2001) считался самым мощным до 2001 года;
• SOHC VTEC (1991-2001) – более простой, но также мощный;
• SOHC VTEC-E (1991-2001) – наиболее экономичный, не имеет взрывного характера;
• 3-stage VTEC (1995-2001) совмещает SOHC VTEC и VTEC-E, но различает средние, высокие и редкие обороты.
• DOHC i-VTEC (с 2001)
• SOHC i-VTEC (с 2006)
• DOHC i-VTEC I (с 2001)
• 3-stage i-VTEC (с 2006) ֪– только на гибридах.
Варианты, где имеется приставка «i» (Intelligent) – потомки первых двигателей VTEC, используются на современных двигателях Хонды. i-VTEC создан в 2001 году, во время появления Honda Civic (7 поколения), обновленная версия работает на новых двигателях Honda.
Семейство DOHC VTEC
В основе конструкции DOHC VTEC лежит газораспределительный механизм з 4 клапанами.
Для каждого клапана VTEC (впускного и выпускного) предусмотрен отдельный распределительный вал.
Каждая пара клапанов имеет 3 кулачка (на распределительном вале). Боковые предназначены для небольших оборотов, центральный для высоких. Кулачки влияют на клапаны через рокера (три рокера на два клапана).
Каждый рокер оборудован гидравлическим поршеньком, который в случае управляемых воздействий смещается и соединяется в одно целое.
В среднем рокере находится специальная пружина – обеспечивает контакт кулачка и рокера на небольших оборотах.
Во время работы мотора на невысоких оборотах рокера не блокируются, поэтому каждый из них независимо движется по закону, что описан соответствующему кулачку. Средний кулачок также вращается с остальными, но не принимает никакого участия в работе газораспределительного механизма. Когда двигатель переходит на режим высоких оборотов – получает команду на исполняющее устройство и заставляет перемещаться поршеньки в рокерах. Из-за этого рокера заблокируются. Вследствие все элементы становятся под контролем центрального кулачка, и он сможет самостоятельно управлять клапанами.
Семейство SOHC VTEC
Данная система имеет один распределительный вал и подходит для впускных клапанов. Эффективность работы ниже, чем у DOHC VTEC, но у SOHC VTEC имеют меньшие габариты и массу, а также более простую конструкцию.
Главная задача – как можно больше снизить расход топлива и сделать двигатели более экологическими. Топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры через впускной клапан на малых оборотах. Когда смесь попадает в цилиндры, она завихряется и интенсивно сгорает. Когда количество оборотов растет, система VTEC срабатывает, и клапаны начинают работать совместно.
В 3-stage SOHC VTEC газораспределительный механизм имеет уже 3 режима работы. На низких оборотах двигатель работает экономично на обедненной ТВС. Используется только один впускной клапан.
Второй клапан включается на средних оборотах, но высота клапанов и фазы газораспределения не меняются. Мотор реализует высокий крутящий момент. Во время режима высоких оборотов 2 клапана находятся под управлением центрального кулачка, который отвечает за съём максимальной мощности с двигателя.
Семейство i-VTEC
i-VTEC предусматривает использование дополнительной системы VTC, которая регулирует момент открытия впускных клапанов. В зависимости от нагрузки двигателя задаются фазы открытия клапанов, и отрегулировать их можно, изменив угол установки впускного вала относительно выпускного.
Система VTC дает возможность эффективного наполнения цилиндров двигателя ТВС. Из-за этого мощность двигателя может увеличиться до 20%, крутящий момент на 10%, снижается расход топлива и выбрасывание вредных веществ на 10-20%.
Головка блока мотора с системой VTEC-i находится рядом с механизмом поворота распределяющего впускного вала (встроен в цепочку цепного привода).
Интересный факт! В 80-х годах форсировка двигателей Honda снизилась (покупателям нужны были не крутильные, а более тяговитые моторы на низких оборотах), и на помощь пришла новая система VTEC.
Система изменила высоту поднятия и длительность открытия клапанов. Сегодня механизм устроен так, что на распределительном вале имеются по 3 кулачка на 2 клапана. Гидравлика несложная, встроенная в рычаги клапанов. Управление клапанами получает какой-нибудь кулачок в зависимости от оборотов. Когда обороты маленькие, VTEC выключает один з клапанов (впускных) на цилиндр, тем самым добиваясь движения заряда. На больших оборотах – высота подъема и фаза открытия клапанов увеличивает степень наполнения цилиндра.
Важно! Наивысшей отдачи в диапазоне оборотов помогают добиться манипуляции с фазами. Но этого система VTEC не может. Умеют подстраивать фазы под режимы двигателя и обороты мотористы BMW.
Но, так как подкручивать фазы сейчас популярно, это стали делать и инженеры Хонды. Они добавили к VTEC механизм, который постоянно изменяет фазы и докручивает распределяющий вал до 60 градусов. Система получила название VTEC-i («intelligent» – разумный).
Главное отличие от всех марок автомобилей в том, что Хонда, кроме подкручивания распределяющего вала, может изменить высоту подъема клапанов, а это не менее важно!
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
Пример на реальном двигателе Honda
Вот наглядное объяснение об устройстве японских двигателей VTEC Honda.
Если вы автолюбитель вы вероятно слышали термин «VTEC», но возможно не знаете, что он означает в автопромышленности. Если это так, то для вас есть интересное объяснение об устройстве этого типа двигателей, которые производят компания Хонда.
VTEC — это двигатель с регулируемой системой газораспределения. Например, эту систему использует компания Honda в своих двигателях. VTEC — это сокращенное название (аббревиатура) Variable valve Timing and lift Electronic Control.
В мире существует множество различных систем с изменяемой системой газораспределения (изменяется ход и времени движения клапанов).
По сути, VTEC — это технология, которая использует впускные и выпускные клапана двигателя, контролируя объем (и скорость) газов, которые входят в цилиндры и выходят из них. Латинская буква «V» в названии мотора Хонда означает Variable valve (изменяемые клапана).
В большинстве обычных двигателей ход клапанов как правило имеет стандартный размер. В двигателях VTEC клапана могут менять свой ход между различными уровнями.
Система VTEC изменяя давление масла позволяет переключаться между различными профилями кулачков, толкающие клапана силового агрегата. Например, при более высоких оборотах двигателя кулачковые профиль позволяет увеличить подъем клапанов. Это позволяет подавать в цилиндры двигателя больше кислорода, в результате чего генерируется больше лошадиных сил.
Двигатели VTEC появились в конце 1980-х годов. С тех пор компания Хонда использовала эти силовые агрегаты на многих своих автомобилях, включая NSX, Integra Type R, S2000 и Civic Type R.
Кстати, двигатели Хонда с изменяемой системой газораспределения отличается от таких же моторов других компаний.
Так, большинство других производителей для изменения фазы газораспределения используют повышенное давление масла и изменение угла распредвала относительно шкива, что позволяет выставлять системе определенное зажигание (раннее, позднее, среднее). Система VTEC от Хонда же использует совершенно другой принцип работы системы газораспределения.
Объяснение этого процесса одними словами недостаточно. Лучше всего, конечно, если посмотрите несколько роликов, объясняющих что же это за двигатели Хонда с системой VTEC.
Что такое система VTEC и как она работает?
VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control — система изменения фаз газораспределения и электронного управления) является электронной или механической системой в некоторых двигателях автомобилей Honda, которая позволяет двигателю эффективно работать на высоких и низких оборотах, становясь ещё более производительным и ещё более экономичным соответственно. И делает это система VTEC, изменяя режим работы распределительного вала, и вот как это работает!
Если вы читали статью о том, как работает двигатель, то Вы уже знаете о клапанах, которые позволяют воздушно-топливной смеси попадать в двигатель, а выхлопам — выходить из двигателя. Вы также знаете о распределительном вале, который управляет клапанами. Вал использует вращающиеся лопасти (кулачки), которые толкают клапаны, заставляя их открываться и закрываться.
Но есть одна небольшая проблема: на разных оборотах двигателя клапаны, регулируемые распредвалом, открываются в один и тот же момент относительно хода поршня (так, впускной открывается, когда поршень достигает верхней мёртвой точки), на время, зависимое от оборотов двигателя и всегда с одинаковым зазором (что, собственно, определяет скорость поступления топлива). Но оказывается, что существует значительная разница между тем, как кулачки на распределительном вале открывают и закрывают клапаны на разных оборотах (оборотах в минуту) вращения двигателя. Чтобы понять, почему так устроено, представим, что двигатель работает крайне медленно — на 10 или 20 оборотах в минуту, таким образом, время выполнения цикла поршнями занимает аж несколько секунд. Это практически невозможно, чтобы обычный двигатель внутреннего сгорания реально работал так медленно, но представьте себе, что мы смогли его настолько замедлить и достичь того, чтобы он при этом не заглох. Мы хотели бы, чтобы распредвал работал таким образом, чтобы, когда поршень начинает двигаться вниз в такте впуска, впускной клапан открывался. И этот клапан закроется, когда поршень достигнет нижней точки. Затем нам нужно, чтобы выпускной клапан открывался сразу после того, как поршень достигает нижнего предела в конце рабочего хода и будет закрыт, когда поршень заканчивает такт выпуска. Это будет идеальная работа клапанов, пока двигатель работает на такой очень медленной скорости.
При увеличении оборотов, однако, эта конфигурация для распределительного вала уже не очень хорошо работает. Только представьте, если двигатель работает на 4 000 оборотах в минуту, то клапаны открываются и закрываются 2 000 раз каждую минуту, или от тридцати до сорока раз в секунду. Когда впускной клапан открывается в верхней части такта впуска (когда цилиндр находится в верхней мёртвой точке), то получается, что у цилиндра есть мизерные доли секунды, чтобы получить воздушно-топливную смесь. Поэтому на более высоких оборотах нам бы хотелось, чтобы впускной клапан открывался до такта впуска — на самом деле ещё во время такта выпуска — так, чтобы к тому времени, когда поршень начинает двигаться вниз в такте впуска, клапан был уже открыт, и топливо двигалось свободно в цилиндр в течение всего такта впуска.
Теперь мы видим, что для обеспечения максимальной производительности двигателя на низких оборотах клапаны должны открываться и закрываться по-другому, нежели они делают это на более высоких оборотах двигателя. То есть нам не совсем подходит классическая система распределительного вала с его кулачками всегда одного размера и формы — нам нужно нечто более совершенное, чтобы наш двигатель мог работать ещё производительнее, когда от него это требуется, и мог экономить ещё больше топлива, когда от него практически не требуется приводить в движение автомобиль.
Именно для этих целей в лабораториях автоконцерна Honda придумали систему VTEC. Поскольку двигатель постоянно работает на разных диапазонах оборотов в минуту, компьютер двигателя может активировать дополнительные кулачки на валу и изменять таким образом длину и выступ кулачка. Таким образом, двигатель машины теперь получает лучшие «черты» на низкоскоростных и высокоскоростных режимах, благодаря распредвалу в том же моторе.
Предлагаем взглянуть на анимацию ниже, чтобы понять, как же работает VTEC:
Тем не менее, система VTEC далеко не так идеальна, как хотелось бы этого, так как справляется с поставленной на неё задачей, хоть и отменно, но не в самом лучшем виде. Некоторые производители двигателей постоянно экспериментируют с системами, которые позволили бы бесконечно изменять фазы газораспределения таким образом, чтобы двигатель получал лучшее соотношение работы клапанов. Например, представьте, что каждый клапан имел бы соленоид, который может открывать и закрывать клапан под управлением компьютера, а не полагаться на механическую концепцию распределительного вала. При этом типе системы Вы получите максимальную производительность двигателя на каждом диапазоне оборотов. Тем не менее, пока нам приходится с нетерпением ждать такой системы в будущем…