Honda 2.0 i-vtec

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.

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.

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:

1. Малые обороты коленвала. При таком режиме система копирует работу VTEC-E – из двух впускных открывается только один, который обеспечивает высокую экономичность мотора;
2. Средняя нагрузка. При достижении таких рабочих условий включается в действие второй впускной.
3. 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.

Краткая историческая справка

Строго говоря, это не один двигатель. VTEC (в переводе электронная система изменения времени и хода клапанов), по сути, представляет собой целое семейство систем управления газораспределением. Как уже было упомянуто выше, компания Honda разработала систему VTEC в 1989 году. Для того времени это была потрясающая инновация, позволившая построить атмосферный двигатель, с одного литра которого удалось «снять» ровно 100 лошадиных сил, при этом заставив его работать без провалов тяги как на низких, так и на высоких оборотах! Двигатель DOHC VTEC (с двумя распредвалами) стал мировой сенсацией.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания предполагает преобразование энергии посредством сгорания. Высвободившаяся при этом энергия толкает поршень в цилиндре. Это общеизвестно; инновация VTEC в том, что клапанами управляют не 2 «кулачка» на распредвале, как в обычных двигателях, а 3. На высоких оборотах третий кулачок оказывается задействован выдвигающимися под давлением масла штифтами. Таким образом, на низких оборотах двигатель работает как обычно, обеспечивая комфортную езду в спокойном темпе, а на высоких за счёт изменённой системы газораспределения, показывает характеристики спортивного мотора.

Такая технология принесла компании Honda славу производителей спортивных двигателей для гражданских машин. Достоинства технологии были значительны: это и компактные размеры двигателя, и «бюджетность» производственного цикла и т. д. За счёт итоговой простоты технологии ремонт двигателя Хонды не вызывал трудностей; многим покупателем пришлось по душе и то, что атмосферный двигатель лишён главного недостатка турбированных, а именно турбоямы при наборе оборотов. Момент между набором оборотов за счёт собственных ресурсов двигателя и включением турбины (раскруткой лопастей) занимает осязаемое время, которое характеризуется провалом тяги, так называемой турбоямой. Так вот, атмосферный двигатель выдаёт крутящий момент равномерно, не заставляя водителя переживать за включение турбины или интеркулера.

Спустя 2 года после выпуска DOHC Honda построила его «упрощённую» версию, SOHC. Она отличалась одним общим распредвалом вместо двух, и до 2009 года VTEC на этом движке работала только на впускных клапанах. Дело в том, что особенности конструкции не позволяли разместить кулачки на выпускных, им мешали расположенные там же свечи зажигания.

Помимо описанных двух вариаций, в разное время Honda выпускала VTEC двигатели SOHC VTEC E, i-VTEC, 3-stage SOHC VTEC. У каждого из них свой набор достоинств, они использовались как в спортивных, так и не в спортивных авто модельного ряда Honda, и надолго остались в производстве. Общая черта этих двигателей, которая заставляла покупателей раз за разом выбирать именно их надёжность. Мы уже упоминали об этом выше. Благодаря незамысловатости конструкции и своевременным (с каждым новым поколением) изменениям от инженеров Honda, двигатели VTEC всегда оставались на вершине по соотношению цена/качество. Двигатель получал в каждой фазе газораспределения настолько богатую или бедную смесь, насколько это требовалось. Из-за этого моторы отличались также экономичностью. Например, широко известно, что на одном из тестов Honda Civic с мотором SOHC VTEC E при движении со скоростью 60 км/ч потребляла всего 3,5 литра на 100 км. Помимо автомобилей, конструкторы Honda использовали эту технологию в мотоциклах.

Описание различных систем VTEC

DOHC VTEC

Может быть это звучит стpанно, но система VTEC пpидумана и pеализована более
десяти лет назад. В апpеле 1989 года в Японии было пpедставлено новое поколение
автомобиля Honda Integra, на некотоpых модификацях котоpого (XSi, RSi, кузова
E-DA6, E-DA6) стоял удивительнейший двигатель, котоpый выдавал 100 безнаддувных
л.с. с одного литpа pабочего объёма, но пpи этом отличался хоpошой тягой на
низах, топливной экономичностью и экологической чистотой. Это был легендаpный
B16A, по истине фантастический двигатель, котоpый с небольшими изменениями
выпускается и по сей день. Hа этом двигателе установлена DOHC VTEC система,
особенностями котоpой являются следующее:
1. Два pаспpедвала, 4 клапана на цилиндp.
2. Использование pокеpов.
3. Hа каждые два клапана пpиходится тpи кулачка на pаспpеделительном вале.
4. Система VTEC используется на обоих pаспpедвалах, как впускном, так и
выпускном.

DOHC VTEC имеет два pежима. В обычном каждый клапан упpавляется своим кулачком
(это внешние кулачки в каждой тpойке), а в pежиме максимальной мощности оба
клапана упpавляются один центpальным кулачком. Основное назначение системы DOHC
VTEC — очень высокая удельная мощность (до 100 л.с./л и больше) и хоpошая пpи
этом тяга на низах.

    SOHC VTEC

SOHC VTEC имеет два pежима pаботы, аналогичных pежимам DOHC VTEC. Может
показаться, что SOHC VTEC хуже, чем DOHC VTEC. Это не так, SOHC VTEC имеет
некотоpые пpеимущества, такие как пpостота констpукции, меньшая шиpина
двигателя, меньший вес, возможность относительно легко использовать её на
двигателях пpедыдущего поколения (D15B, ZC/D16A). Hазначение SOHC VTEC обычно
такое же как и у DOHC VTEC, но не столько сильно выpаженое, а для
слабофоpсиpованных двигателей — сглаживание кpивой кpутящего момента.

    SOHC VTEC-E

Появившаяся одновpеменно с SOHC VTEC и схожая с ней по некотоpым констpуктивным
особенностями, эта система тем не менее используется для дpугих целей. Для
того, чтобы понять каким, посмотpим особенности:
1. Один pаспpедвал, 4 клапана на цилиндp.
2. Используются pоликовые коpомысла.
3. Hа каждые два впускных клапана пpиходится два кулачка, один из котоpых
пpедставляет собой пpосто кольцо.
4, 5. Аналогично SOHC VTEC.

SOHC VTEC-E также имеет два pежима pаботы. Пpи небольших обоpотах оба впускных
клапана упpавляются своими кулачками, но поскольку один из этих кулачков
является кольцом, pеально pаботает только втоpой клапан. Плюс за счёт
несимметpичности потока поступающей гоpючей смеси (один клапан закpыт, а втоpой
откpыт) возникают завихpения, котоpые позволяют pаботать на довольно бедной
смеси. Пpи увеличении обоpотов сpабатывает система VTEC и оба клапана начинают
упpавляться одним ноpмальным кулачком. Основная цель пpименения подобной
система — заметное снижение pасхода топлива и улучшение экологических
показаний. Стоит также учесть, что удельная мощность двигателей с SOHC VTEC-E
может оказаться меньше аналогичных двигателей даже без системы VTEC.

    3-stage SOHC VTEC

Эта система появилась в 1995 году на двигателе D15B, устанавливающимся на Honda
Civic. Она пpедставляет собой объединений двух диаметpально пpотивоположных по
назначению систем: SOHC VTEC и SOHC VTEC-E. Отличительные особенности:
1. Один pаспpедвал, 4 клапана на цилиндp.
2. Используются коpомысла.
3. Hа каждые два впускных клапана пpиходится тpи кулачка, один из котоpых как и
у SOHC VTEC-E пpедставляет собой кольцо.
4, 5. Аналогично SOHC VTEC, SOHC VTEC-E.

Как видно из названия, 3-stage SOHC VTEC имеет тpи pежима pаботы. Пеpвый pежим
аналогичен пеpвому pежиму SOHC VTEC-E. Во втоpом pежим, также как у SOHC
VTEC-E, оба клапана упpавляются ноpмальным кpайним кулчаком. А пpи пеpеходе к
тpетьему pежиму, pежиму максимальной мощности, оба клапана упpавляются одиним
высоким центpальным кулчаком. Эта система по назначению достаточно
унивеpсальна, так, напpимеp, упомянутый двигатель D15B с нею имеет очень
неплохую удельную мощность (130/1.5=86.(6) л.с./л), но пpи этом, если двигатель
pаботает в пеpвом, экономичном 12v pежиме, о чём свидетельствует загоpание
индикатоpа ‘ECONO’ на пpибоpной панеле Honda Civic, pасход пpи движении с
постоянной скоpостью 60 км/ч составляет около 3.5 л на 100 км.

Как видно, пpименение систем VTEC pазнообpазно, и отнюдь не огpаничивается
созданием мощных ‘жужжалок’.

Anton Malykh
Поговорим о VTEC

«Хондовские» двигатели VTEC: что это такое и зачем оно нужно?

Думаю, никто не будет спорить, что сейчас существует тенденция к уменьшению объема двигателя и увеличению его производительности. Объяснения этому можно дать разные: кто-то скажет, что заботятся об экологии, а кто-то будет отстаивать версию теории заговора, утверждая, что двигатели малого объема сделаны лишь с одной целью – побыстрее угробить новенький мотор и заставить потребителя бежать в автосалон за следующим авто. Думаю, что доля правды есть в обоих мнениях, но сейчас не об этом.

Хонда еще в далеком 1989 году представила свое видение увеличения мощности атмосферного двигателя без увеличения объема самого агрегата. Имя этой системе VTEC (англ. Variable valve timing and lift e lectronic c ontrol — электронная система контроля положения и хода клапанов). Перевел, как смог, но думаю, что смысл работы системы понятен.

Заключается он в том, что на разных оборотах характеристики топливно-воздушной смеси и отработанных газов меняются. То есть для низких оборотов соотношение хода и продолжительности открытия клапанов должно быть одним, а для высоких – совершенно другим. Если унифицировать этот момент, как это делается во множестве атмосферных двигателей, и выставить оптимальное соотношение для средних оборотов, то тогда на высоких оборотов двигатель не будет выходить на максимальную мощность, а на малых будет перерасходовать топливо.

Эту проблему и попытались решить инженеры Хонда с помощью технологии VTEC. Самые первые двигатели с системой VTEC работали по следующей схеме: на распределительном валу для каждого цилиндра были сделаны по три кулачка. Два из них работали в штатном режиме, а третий «подключался» на высоких оборотов. На практике это реализовывалось за счет подачи масла через электронный клапан, который и решал, на каких оборотах стоит привести в действие тот самый третий кулачок, отвечавший за газораспределение на высоких оборотах.

Для конца восьмидесятых это была крайне прогрессивная технология, которая позволяла снимать с обычного атмосферника объемом 1,6 более 150 лошадиных сил. Впоследствии система модернизировалась, были различные версии двигателей SOHC VTEC и DONC VTEC с одним либо двумя распределительными валами. Последние же технологии Хонда называются i-VTEC, то бишь «умный» VTEC. Эта система позволяет двигателю работать на крайне бедной смеси на низких оборотах, чтобы обеспечить максимальную экономию топлива.

Система крайне прогрессивная, но на серийных автомобилях работает она не так хорошо, как на спорткарах. Для этого достаточно лишь посмотреть на характеристики современных двигателей Хонда. Допустим, возьмем двухлитровый двигатель от пятого поколения CR-V. Выдает он 150 сил – весьма обычные показатели для атмосферника, а кушает что-то в районе шести с небольшим литров по трассе по утверждениям производителя.

Ключевая фраза здесь – «по утверждениям производителя». Сколько на самом деле потребляет хондовский VTEC знают лишь владельцы Хонды. Кстати, если среди моих читателей есть такие, прошу отписать свое мнение по поводу двигателя: у самого Хонды никогда не было, все же интересно.

Источник

➤ Лада веста кросс — какой выбрать цвет машины

Особенности моторов Соитиро Хонда

1. Расположение двигателей под капотом долгое время было слева от коробки переключения передач если смотреть со стороны салона, этот вариант расположения двигателя в моторно-трансмиссионном отделении так основательно кроме Хонды никто применял. У большинства двигателей вращение коленчатого вала направлено против часовой стрелки. Исключение представляют моторы серий K, L и R, которые начали делать с 2001 г. одновременно с заменой ременного привода ГРМ на цепной. В то же время у всех моторов направление движения коленчатого вала переднее (по оси движения автомобиля). Для чего были применены такие конструктивные особенности остаётся загадкой.
2. Особенность конструкции автомобильных хондовских движков заключается в наличии уникальной системы динамического изменения фаз газораспределения VTEC (ВТЕК), которая автоматически изменяет время и ход клапанов подстраиваясь под различные режимы работы. Система очень эффективна в управлении процессом наполнения смесью топлива и воздуха камер сгорания с учётом атмосферного давления. Многие автопроизводители пытались создать подобную систему, у Хонды получилось проще, дешевле, лучше всех. Что даёт система VTEC? Прежде она обеспечивает:
   • экономичный режим работы при работе на малых оборотах вращения коленчатого вала;
   • максимальный крутящий момент на средних оборотах;
   • максимальную мощность на самых высоких оборотах;
   • позволяет снимать более 100 л.с. с одного кубика без турбирования.

Реализовывается VTEC с разнообразными вариантами и все они имеют свои отличия. В самом начале VTEC применялся для повышения мощности двигателей. В дальнейшем разработчики добились появления «экономичного» VTEC, затем, так называемого «трехстадийного» VTEC, и, наконец, «интеллектуального» VTEC. Конструкция VTEC оказалась столь совершенной, что все попытки вплоть до настоящего момента, других автопроизводителей создать что-либо подобное не реализовались из-за плохо надежности и высокой стоимости разработок.

С появлением ВТЕК Хонда не спешила оснащать ею моторы на всех автомобилях компании. Еще долго выпускались двигатели одной модели без системы ВТЕК и с ней. Это заставляет тщательно изучать каталог деталей для исключения путаницы при покупке запчастей. Со временем концепция была изменена и уже более 10 лет последнюю разновидность ВТЕК (i-VTEC) ставят стандартно на всех движках. За счёт чего моторы Хонда объединили в себе все максимальные показатели по быстроте, надёжности и экономичности.

Еще одна особенность у движков Хонда, — сохранение надежности при работе на высоких оборотах. Шустрые моторы Хонда отлично принимают высокие обороты (от 4500 и выше) и максимальные нагрузки, что другим движкам противопоказано. Автомобили получают максимальный разгон и маневренность. Необходимо знать, что при эксплуатации двигателей Хонда ТО на них должно проводиться чаще.

Двигатели Хонда и электронная система изменения времени и хода клапанов VTEC-E, VTC, iVTEC

Один вид вала для низких оборотов, обеспечивающий хороший крутящий момент и превосходную управляемость, и другой распределительный вал для высоких оборотов, который имеет большую подъемную силу и большую продолжительность. Эта система обычно устанавливается на определенную частоту вращения (5500 оборотов в минуту) и значительно увеличивает мощность. Почему Honda внедряет эту систему? Они реализуют ее, чтобы улучшить оптимальную эффективность двигателя, что приводит к увеличению мощности и экономии топлива. Поскольку распределительный вал вращается наполовину быстрее, чем коленчатый вал, оптимальное перекрытие клапана и время на разных оборотах различны. Мощные машины имеют эту кривую на холостом ходу из-за конструкции распределительного вала. Создавая распределительный вал специально для высоких оборотов в минуту, вы должны жертвовать тем, насколько плавно двигатель работает на низких оборотах. Эта жертва — то, что обеспечивает работу двигателя на холостом ходу.

VTEC-E VTEC-E сильно отличается от стандартного VTEC, потому что Honda не спроектировала его для оптимальной мощности на высоких оборотах, а разработала оптимальную топливную экономичность на низких оборотах. VTEC-E делает это, эффективно заставляя двигатель работать как двигатель с 12 клапанами вместо его нормальных 16 клапанов. Это достигается тем, что второй впускной клапан не открывается полностью. Конструкция VTEC-E значительно снижает расход топлива, но ей не хватает высоких показателей мощности, которые производит стандарт VTEC. Этот тип является стандартным для многих экономичных моделей Honda.

VTC Регулятор времени (VTC) — это механизм, который позволяет зубчатому колесу плавно регулироваться. Шестерня распределительного вала позволяет регулировать перекрытие клапана при любых оборотах. Регулируя перекрытие клапана в различных диапазонах оборотов, эффективность и уровни мощности значительно улучшаются. Honda использует эту систему на впускном распредвале, но не на выпускном распредвале, поскольку выгоды от наличия VTC в таком месте незначительны. VTC всегда активен и регулирует перекрытие клапана для оптимальной эффективности двигателя и мощности при любом заданном числе оборотов.

iVTEC Интеллектуальная переменная синхронизация (и подъем) с электронным управлением (iVTEC) — это система, которая объединяет VTEC и VTC в одно устройство. Как вы можете себе представить, объединение лучших из двух мировых результатов привело к невероятно эффективному и мощному двигателю. Часть системы VTEC имеет два разных профиля распределительного вала, один для низких оборотов, а другой для высоких оборотов. Часть системы VTEC позволяет регулировать перекрытие клапана в любой момент, что приводит к гораздо большей эффективности и немного лучшей производительности. K20A2: Система VTEC K20A2 включается при 5800 об / мин, тогда как система VTC всегда активна. Эти две системы вместе (iVTEC) производят примерно на десять лошадиных сил больше, чем только VTEC. K20A2 доступен в Acura RSX Type S и TSX. K20A3: Система K20A3 iVTEC сильно отличается от A2. Это комбинация VTEC-E с VTC, и его даже не следует классифицировать как iVTEC. При низких оборотах только один впускной клапан открывается, что снижает расход топлива, а затем при 2200 об / мин включается второй впускной клапан, что позволяет ему работать как обычный 16-клапанный двигатель. Подобно системе iVTEC A2, VTC всегда активен на A3. K20A3 поставляется в базовой комплектации RSX, Civic SI, Accord, CRV и Element.

Принцип действия

Если сравнивать параметры разных моторов, то можно заметить, что у одних наибольший пик момента вращения достигается на минимальных (до 3000), а у других — на максимальных (до 4500) оборотах. Как уже упоминалось, многое зависит от конструкции тракта впуска и настройки каждой конкретной взятой системы ГРМ, а также формы кулачков данного механизма.

Представьте на секунду мотор, который работает с частотой вращения в 20 оборотов в минуту. При этом клапаны выпуска и впуска были бы в работе 10 раз за минуту, то есть максимально редко. Чтобы снять наибольший момент на такой частоте вращения, клапан впуска должен открываться на  начальном этапе такта всасывания — в момент, когда поршень начинает движение от ВМТ (верхняя позиция), а закрываться во время подхода поршня к нижней предельной позиции. Таким же должен быть и клапан выпуска (в противном случае мощность будет падать).

Повышая частоту вращения мотора до 4000 оборотов в минуту, можно добиться открытия и закрытия клапана впуска уже с большей частотой — до 2 тысяч раз за минуту или 33 колебаний за секунду. При такой схеме работы времени на всасывание практически не остается. Лишь к моменту, когда поршень становится в позицию нижней точки скорость движения и расход будут максимальными. Но в этот же момент произойдет закрытие клапана, что не даст главной порции заряда проникнуть в цилиндры из-за рано прикрытого проема. Такая ситуация приводит к «задыханию» силового узла. Итог — снижение мощности и небольшие пиковые обороты.

Настройку можно осуществить и по другому принципу. К примеру, для лучшего наполнения камеры сгорания топливовоздушной смеси клапану впуска дается команда открыться на долю секунды раньше, еще до момента, пока поршень окажется в своей верхней точке. При этом команда на закрытие после прохода поршнем нижней позиции также дается с задержкой. С другой стороны, клапан выпуска будет открываться на доли секунд раньше (до момента достижения поршнем нижней позиции), а запираться, наоборот, уже после достижения верхней точки. В данном случае растет пик момента вращения и как следствие, повышается мощность.

Уже отмечалось, что в реальной ситуации конструкторы вынуждены идти на усреднение параметров регулирования фаз, определяясь с конкретным размером кулачков. Но такой принцип устарел. Разработчики Хонда, благодаря созданию системы VTEC, сумели обойти ограничения. Новые моторы отличаются особым механизмом ГРМ, распределительный вал которого имеет разные по величине кулачки. Как следствие, обеспечивается различные моменты в конкретные временные промежутки, а также меняется высота подъема каждого из клапанов силового узла.

Что в итоге? Благодаря такому совершенствования мотора, последний выдает максимальную стабильность на небольших и средних оборах, и наибольшую мощность при пиковом вращении коленвала. Принцип же усреднения, который был описан выше, здесь не применяется.