Система vtec: Что такое система VTEC в двигателях Honda?

Что такое система VTEC в двигателях Honda?

Если вы уже читали наш материал: «Как работает двигатель автомобиля?», то знаете о клапанах, которые впускают в двигатель воздух и выводят из него выхлопной газ. Клапанами управляет распределительный вал. Чтобы открывать и закрывать клапаны, распредвал использует вращающиеся кулачки.

Существует связь между вращением кулачков, и тем, сколько оборотов в минуту делает двигатель. Представьте, что автомобильный мотор вращается крайне медленно – всего 10-20 оборотов в минуту, поэтому один полный цикл оборота поршня занимает несколько секунд. В реальности невозможно заставить мотор работать на таких оборотах, но мы только представляем для примера. В нашем «идеальном» примере распредвал будет работать так, чтобы, как только поршень начинал движение вниз в такте впуска воздуха и бензина, открывался впускной клапан. Впускной клапан закроется как раз в тот момент, когда поршень достигнет нижнего предела. Тогда выпускной клапан будет открываться, когда поршень достигнет нижнего предела в такте сгорания, и закроется, когда поршень завершит такт выхлопа. Расписанный процесс позволил бы мотору работать с максимальным коэффициентом полезного действия. При описанной схеме работы газораспределительной системы камеры сгорания эффективно наполняются топливно-воздушной смесью и эффект работы мотора становится наивысший. Но описанная идеальная схема возможна только на очень маленькой скорости.

При увеличении оборотов движка, эта конфигурация для распределительного вала не срабатывает. Если двигатель работает на скорости в 4 000 оборотов в минуту, то клапаны за одну минуту открываются и закрываются 2 000 раз, или от 30 до 40 раз каждую секунду. Когда впускной клапан открывается во время верхней части такта впуска, то газораспределительная система не успевает всосать эффективное количество воздуха в цилиндр за предельно короткое время (доли секунды). Поэтому, для эффективной работы мотора на более высоком диапазоне оборотов в минуту, вы бы предпочли, чтобы входной клапан открывался прежде чем начнется такт впуска. А еще лучше, если он начал бы открываться еще во время выхлопного такта (или такта выпуска), чтобы к тому времени, когда поршень начнет двигаться вниз во время такта впуска, клапан был уже открыт и давал свободный ток воздуху в цилиндр в течение всего такта впуска. Это немного упрощенное объяснение, уверены, вы поняли основную идею процесса.

Японские инженеры просчитали, что для максимальной производительности мотора Honda на низких оборотах, клапаны должны открываться и закрываться иначе, чем, если бы они это делали на высоких скоростях двигателя. Если в двигатель поставить низкооборотистый распределительный вал, то на высоких оборотах он будет не эффективен. Если поставить распредвал высоких оборотов, на низких оборотах толку от него будет мало. С таким распредвалом вы даже не сможете завести автомобиль.

Что такое система VTEC в двигателях Honda?

Купив автомобиль Honda c системой VTEC, получаешь интеллектуального помощника, который контролирует все процессы газораспределения двигателя внутреннего сгорания, без дополнительной помощи. VTEC – система переменного хронометража открытия клапанов и электронный контроль за их поднятием (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control). Это электронная и механическая система в двигателях Honda, которая позволяет мотору использовать несколько валов одновременно, эффективно их сочетая. Когда мотор работает в разных скоростных диапазонах, компьютер активирует альтернативные кулачки на распределительном валу и меняет хронометраж открытия клапанов. Так, двигатель Honda получает лучшие показатели высокоскоростного и низкоскоростного распределительного вала одновременно. От этого уменьшается износ движка, и увеличивается коэффициента полезного действия. Двигателя с системой VITEC имеют усредненные настройки фаз газораспределения за счет специального профиля кулачков распределительного вала. Для оптимальной работы усредненной настройки фаз газораспределения японцами создан специальный газораспределительный механизм.

Последний разработанный двигатель Honda DOHC с четырехклапанным механизмом газораспределения, имеет два распредвала с тремя кулачками на каждый ряд клапанов как впускных, так и выпускных. На каждый два клапана идет по три кулачка. Боковые кулачки нужны для низких и средних оборотов, а средний кулачок служит для высоких.

Подобную систему пытались внедрить в BMW Zagato Coupe немецкие инженеры BMW, но проект остался на стадии разработки.

Производители двигателей часто экспериментируют с системами, позволяющими бесконечный переменный хронометраж открытия клапанов. О попытках инженеров Zap-Online.ru уже писали здесь. Представьте себе эффективность мотора, если бы каждый клапан имел бы соленоид управляемый через компьютер. Тогда не пришлось бы полагаться на работу распределительного вала. Вы бы получили максимальную производительность мотора на каждом диапазоне оборотов. Это что-то, чего мы так с нетерпением ждем в будущем.

Ну и на последок система VTEC в действии.

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

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:

Двигатели DOHC — принцип работы, устройство и технические характеристики
Замена ремня ГРМ: как снять, установить и выставить метки правильно
Онлайн калькулятор расхода топлива на 100 км

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 работает система переменной синхронизации Honda VTEC

Из августовского номера

2015 г. Возможно, эрозия торговой марки не влияет на окружающую среду, но маркетологи отметили лексикографическое скольжение некоторых торговых марок в общие этикетки. Kleenex, Band-Aid, Xerox и Zamboni (да, другие компании производят оборудование для шлифовки льда) претерпели изменения, а VTEC от Honda, или Variable Timing and Lift Electronic Control, балансирует на грани взаимозаменяемости названий с другими клапанами с регулируемым клапаном. — системы синхронизации, включая некоторые из собственных вариаций на эту тему.

Когда Honda начала возиться с VTEC в начале 1980-х, это вызвало революцию в области внутреннего сгорания, которая распространилась почти на все бренды. В простейших из полученных систем с регулируемой синхронизацией используются фазовращатели кулачков или механизмы, которые изменяют соотношение между коленчатым валом и распределительным валом (-ами). Фазеры обеспечивают диапазон регулировки, но только для фаз газораспределения. VTEC, с другой стороны, работает ступенчато, переключаясь между двумя или более отдельными профилями кулачка для изменения трех переменных: фаз газораспределения, продолжительности и подъема.

Honda объединила миры в 2001 году, добавив эти относительно простые фазовращатели к уже сложной системе VTEC. Начав своего рода контролируемую эрозию торговой марки, Honda превратила VTEC в семейство отдельных систем, охватывающих различные комбинации основного набора технологий. Вот как они работают:

VTEC

По мере увеличения оборотов компьютер направляет поток масла (A) через вал коромысел. При этом перемещается штифт (B) , который фиксирует низкочастотные коромысла (C) воздействует на два впускных клапана каждого цилиндра на коромысло высоких оборотов (D) . Это третье коромысло соответствует другому профилю кулачка, оптимизированному для более высоких оборотов двигателя. Ранний VTEC работал почти так же, как сегодняшняя базовая система.

VTC

Регулятор фаз газораспределения на сегодняшний день является наиболее распространенной формой регулирования фаз газораспределения на рынке. Все от 1,0-литровых Фордов до многолитровых Феррари используют подобные фазовращатели распредвала. В этих устройствах используется давление масла (A) или электродвигатель для опережения или замедления фаз газораспределения (B) относительно положения кривошипа.

Клапан холостого хода

Управляет половиной впускных клапанов. На низких оборотах работает только один из двух впускных клапанов, создавая завихрения в цилиндре для повышения эффективности сгорания и снижения выбросов при холодном пуске. По мере увеличения нагрузки и оборотов второй клапан (А) зацепляется за счет давления масла (В) на штифт (С) .

ВКМ

Переменное управление цилиндрами отключает некоторые цилиндры двигателя, когда максимальный крутящий момент не требуется. Он разъединяет коромысла цилиндра, отсоединяя штифт (A) , аналогичный штифту VTEC, так что коромысла (B) больше не открывают клапаны, эффективно герметизируя цилиндр. Он не только перекрывает подачу смеси к неработающим цилиндрам, но и снижает насосные потери и потери на трение при срабатывании.

Ultimate VTEC

Инженеры уже давно мечтают полностью отказаться от распределительных валов. Клапаны с электромагнитным управлением теоретически могут иметь бесконечную вариативность без механических ограничений. Бескулачковый двигатель может работать по циклу Аткинсона так же легко, как и по Отто, иметь малое или большое перекрытие клапанов и работать на любом или всех своих цилиндрах. Но стоимость, надежность, шум и другие проблемы удержали эту концепцию от производства. У Koenigsegg есть система в разработке, и мы ожидаем, что она будет первой, кто выведет ее на рынок — ну, во всяком случае, рынок одного процента.

Как работает двигатель Honda i-VTEC®?

Сколько стоит твоя машина? Получите 10-секундное значение

« Почему Honda CR-V 2020 года по-прежнему будет одним из любимых кроссоверов Америки

Познакомьтесь с новой Honda Odyssey 2021 года »

1 июля 2020 г.

Готовы ли вы узнать о мощности автомобильных двигателей и их работе? Мы хотели бы представить вам двигатель Honda i-VTEC®! Оригинальная система Honda VTEC была изобретена инженером Honda Икуо Кадзитани. Это решило проблему получения максимальной мощности от двигателей малого объема при сохранении эффективности потребления топлива при обычном повседневном вождении. Изменив внутренний подъем клапана и синхронизацию, Каджитани смог повысить производительность без дорогостоящего (и требующего больших затрат на техническое обслуживание) добавления турбокомпрессора или нагнетателя.

Трюк? В системе VTEC (Variable Valve Timing & Lift Electronic Control) используются отдельные профили распределительных валов для низкой и высокой производительности, а компьютер двигателя выбирает один из профилей. Используя отдельные профили распределительных валов, можно регулировать как подъем, так и продолжительность открытия клапана, а не просто изменять фазы газораспределения, которые являются обычными для обычных систем VVT (регулируемых фаз газораспределения).

Оригинальная система VTEC заменила один кулачок и коромысло блокирующим коромыслом, состоящим из нескольких частей, и двумя профилями кулачка: один оптимизирован для стабильности на низких оборотах и топливной экономичности, а другой предназначен для максимизации выходной мощности на более высоких оборотах. Система VTEC по существу сочетает в себе топливную экономичность и стабильность при низких оборотах с характеристиками при высоких оборотах. И переход происходит плавно, обеспечивая плавную работу во всем диапазоне мощности.

Операция переключения между двумя кулачками управляется компьютером двигателя. В зависимости от скорости, нагрузки и оборотов двигателя компьютер переключается между эффективным кулачком и высокопроизводительным кулачком. Приводится в действие соленоид, который зацепляет коромысла высокопроизводительного кулачка. В этот момент клапаны открываются и закрываются в соответствии с профилем высокого подъема, открывая клапаны дальше и на более длительное время. Это позволяет большему количеству воздуха и топлива поступать и сжигаться, создавая более высокий крутящий момент и мощность.

В любом двигателе фазы газораспределения, продолжительность и подъем, которые оптимизируют производительность на низких скоростях, сильно отличаются от требований, предъявляемых к высоким оборотам. Настройки клапана при низких оборотах приводят к плохой работе при более высоких оборотах, а настройки при высоких оборотах приводят к неровному холостому ходу и плохой работе при низких оборотах. Если вы думаете о маслкаре, у которого грубый холостой ход и он едва работает на низких оборотах, но с криком мчится по гоночной трассе на высоких оборотах, это потому, что у автомобиля есть распределительный вал, оптимизированный для максимальной мощности на этих более высоких оборотах. Для сравнения, сверхэффективный пригородный автомобиль имеет плавный холостой ход и может даже иметь «быструю» производительность, он быстро теряет мощность на средних и высоких оборотах.

Оригинальная система VTEC была представлена в двигателях Honda DOHC (двойной верхний распределительный вал) в Honda Integra XSi 1989 года и впервые была доступна в Соединенных Штатах в Acura NSX 1991 года. Integra Type R 1995 года (доступная только на японском рынке) производила невероятные 197 лошадиных сил с 1,8-литровым двигателем. Этот двигатель был рассчитан на большую мощность на литр рабочего объема, чем большинство суперкаров того времени.

Honda продолжила совершенствовать первоначальную систему VTEC, которая теперь превратилась в Honda i-VTEC® (интеллектуальный VTEC). Эта технология была впервые доступна в 2001 году, а к 2002 году большинство 4-цилиндровых автомобилей Honda использовали i-VTEC®. Система i-VTEC® сочетает в себе оригинальный VTEC с системой Honda VTC (Variable Timing Control). Внедрив вариант с двумя профилями распределительного вала в сочетании с изменяемыми фазами газораспределения, Honda еще больше оптимизировала производительность. Хотя система VTEC контролирует продолжительность подъема клапана, она по-прежнему может выбирать только между профилями низких и высоких оборотов. Но, кроме того, впускной кулачок может сдвигаться от 25 до 50 градусов, оптимизируя фазы газораспределения для каждого диапазона оборотов.

С помощью VTEC Honda создала двигатель, который работает на невероятном уровне в более широком диапазоне оборотов, чем большинство двигателей.

Разное