Инженеры известного автогиганта HONDA разработали систему изменения фаз газораспределения, которая управляется электронным способом. Эту систему, которая получила название VTEC, сегодня можно увидеть практически на всех двигателях внутреннего сгорания японских автомобилей HONDA. Так при помощи этой системы можно управлять процессом наполнения топливно-воздушной смеси, который происходит в камерах сгорания. В зависимости от количества оборотов двигателя система способна обеспечить один из трех режимов: экономичный режим – на низких оборотах, максимальный крутящий момент – на средних оборотах и максимальную мощность – на максимальных оборотах.
Система VTEC была впервые установлена на агрегаты болидов «Формулы-1», которые также назывались "лабораториями на колесах". Позже этой системой был оснащен серийный автомобиль, премьера которого состоялась в 80-ых годах 20го столетия. Так Honda Integra поразила всех не только своим видом, но и первоклассными техническими характеристиками:
- Во-первых, он имел на то время редкий по своим возможностям двигатель, который выдавал в безнаддувном исполнении мощность в 100 лошадиных сил
- Во-вторых, система двигателя отличалась от остальных хорошими показателями тяги при низких оборотах и высокими показателями экономичности расхода топлива. Более того, это был один из первых автомобилей, который выбрасывал минимальное количество токсичных выхлопных газов в атмосферу
Известно, что японским инженерам удалось соединить в одно целое два противоположных мотора: низкооборотный высокомоментный двигатель со спортивным высокооборотным агрегатом. История возникновения и развития двигателей DOHC.Так новый агрегат вырабатывал хороший крутящий момент на низких оборотах, как обычно это происходило на грузовом транспорте, во-вторых, двигатель выдавал высокую мощность, которая получалась от вращения коленчатого вала, как на спорт-карах. При поездке на новом автомобиле водитель мог с легкостью менять режимы работы, тем самым, выбирая самый оптимальный. Новинка могла работать не только в классическом, но и в спортивном режиме.
Принцип работы системы VTEC
У одних двигателей крутящий момент будет достигаться на низких оборотах от 1 800-3 000 оборотов в минуту. Другие вырабатывают крутящий момент на более высоких оборотах, чье количество может достигать 3 000-4 500 оборотов в минуту. Из этого следует вывод, что высокий крутящий момент и эффективное распределение топливно-воздушной смеси в цилиндре происходит только при определенном количестве оборотов. Кроме того, данные факторы зависят от особенностей настроек газораспределительного механизма, а также конструкции впускного тракта. То есть, фазы газораспределения, которые диктуются профилем кулачков распределительного вала, полностью влияют на показатели мощности двигателя.
.jpg)
К примеру, двигатель работает на низких оборотах, скажем, 20 оборотов в минуту. Следовательно, впускные и выпускные клапана активны редко, около 10 раз в минуту. Чтобы снять с подобного двигателя максимальный момент на таких оборотах нужно, чтобы впускной клапан открывался в самом начале такта всасывания, то есть, в момент передвижения поршня от верхней мертвой точки. После впускной клапан должен закрываться в тот момент, когда поршень придет в нижнюю мертвую точку. Выпускной клапан должен работать точно таким же образом. В случае его опережений или, наоборот, задержек, крутящий момент может упасть. Если это произошло, то цилиндр нужно наполнить свежим зарядом. Теперь можно увеличить частоту вращения коленчатого вала агрегата, например, до 4 000 оборотов в минуту. В этом случае впускной и выпускной клапана будут активны, они уже открываются и закрываются 2 000 раз в минуту. При таком режиме работы поршню не хватает времени на всасывание достаточной порции заряда. Кроме того, из-за инерции топливно-воздушная смесь не в полном объеме поступает в цилиндр. Дело в том, что в момент достижения поршнем нижней мертвой точки скорость и расход топливно-воздушной смеси можно назвать максимальным, поэтому впускной клапан закрывается. В таких случаях двигатель автомобиля не способен выработать максимальные обороты и высокую мощность.
Стоит отметить, что подобные проблемы можно избежать при помощи фаз газораспределения. Например, если впускной клапан будет открываться чуть раньше до прихода поршня в верхнюю мертвую точку и закрываться чуть позже того, как поршень пройдет в нижнюю мертвую точку, цилиндры будут намного лучше наполняться рабочей смесью. В этом случае мощность двигателя станет намного выше и можно ожидать максимальных оборотов. Известно, что сегодня автопроизводители разрабатывают силовые установки, которые имеют универсальную регулировку фаз газораспределения, которая подойдет, так сказать, на все случаи жизни.
Конечно, такой подход автопроизводителей нельзя было назвать самым оптимальным. Так инженеры японского автоконцерна решили данную проблему при помощи новой системы VTEC. Двигатель, оснащенный подобной системой, имеет специальный газораспределительный механизм. Так, при помощи распределительного вала, который обладает различными кулачками для низких и высоких оборотов коленчатого вала агрегата, двигатель достигает разные моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема. Система способствует обеспечению стабильной работы на низких и средних оборотах, и высокой мощности – на высоких оборотах. Кроме того, при желании водитель может переключиться в спортивный режим работы и почувствовать себя настоящим гонщиком.
Сегодня система оборотов коленчатого вала имеет множество разновидностей. Так, на первом серийном автомобиле HONDA Integra была установлена DOHC VTEC. Со временем появились такие модели, как SOHC VTEC-E, SOHC VTEC, Hyper VTEC и 3-stage SOHC VTEC. Относительно недавно японцы разработали интеллектуальную систему управления работой газораспределительного механизма i-VTEC.
Что касается первой модели системы DOHC VTEC, то ей, до сих пор, не придумали аналога. Известно, что эта система установлена на кабриолете S2000, оснащенном 2,0-литровым двигателем мощностью до 125 лошадиных сил с 1 литра рабочего объема. Пока этот автомобиль никто в подобных показателях не превосходит.
В конструкции первой системы DOHC VTEC имеется 4-клапанный газораспределительный механизм, как и на последующих моделях. Все же есть одно значительное отличие. На первой модели системы имеется устройство отдельного распределительного вала, которое предусмотрено для работы каждого клапана. На распредвале каждого клапана есть три кулачка. Два боковых кулачка способствуют оптимальному режиму работы двигателя на низких и средних оборотах, а центральный кулачок отвечает за эффективную работу на высоких оборотах. Всего приходится по 3 кулачка на каждые 2 клапана. Они воздействуют на клапана через рокера, которые оборудованы гидравлически управляемыми маленькими поршнями. Поршни в свою очередь при воздействии сдвигаются и периодически соединяются друг с другом. У среднего рокера есть специальная пружинка, при помощи которой происходит постоянный контакт кулачка и рокера при работе на низких и средних оборотах. На низких оборотах рокера активны в отличие от среднего кулачка, который вращается, но пока в газораспределительном процессе не задействован. Происходит совсем иная картина, когда двигатель вырабатывает высокие обороты. В этом случае маленькие поршни в рокерах начинают перемещаться из-за давления масла, рокера блокируются. Теперь за работу всех элементов отвечает средний, или центральный, кулачок, от которого теперь зависит работа всех клапанов.
Давайте рассмотрим систему SOHC VTEC, которая имеет чуть иной принцип работы. В этом случае есть только один распределительный вал, который используется только для впускных клапанов. Из-за такой конструкции эффективность работы двигателя с такой системой будет сравнительно ниже, чем у DOHC VTEC. С другой стороны, SOHC VTEC имеет довольно-таки простую конструкцию, а также небольшой вес и размер.
Система SOHC VTEC-E имеет также свои плюсы.
- Во-первых, при ее использовании заметно сокращается расход топлива
- Во-вторых, в атмосферу выбрасывается меньше токсических выхлопных газов.
Как удалось достичь таких показателей японцам?
Да очень просто! Они выяснили, что при работе на низких оборотах двигатель потребляет мало топливно-воздушной смеси, которая поступает всего лишь через один входной клапан. После попадания смеси в цилиндр происходит благодаря ее постоянному движению по кругу стабильное сгорание. Когда же обороты увеличиваются, то срабатывает система, что приводит к началу совместной работы всех клапанов. Стоит отметить, что двигатели с этой системой имеют удельную мощность меньше, чем двигатели без VTEC.
В системе 3-stage SOHC VTEC инженеры из Японии соединили возможности всех предыдущих моделей. Главным преимуществом этой системы является то, что она имеет три режима работы, а не два. В зависимости от количества оборотов двигателя система способна обеспечить один из трех режимов: экономичный режим – на низких оборотах, максимальный крутящий момент – на средних оборотах и максимальную мощность – на максимальных оборотах.
Система Hyper VTEC разрабатывалась специально для 4-тактных мотоциклетных двигателей. В этом случае клапаны включаются при помощи гидравлического привода механизма. Таким образом, этой системе не нужны дополнительны рокера. На низких оборотах задействован один из впускного или выпускного клапана. Чем больше становится оборотов, тем больше клапанов работает. Таким образом, удовлетворяется потребность двигателя в горючей смеси на высоких оборотах, когда происходит наполнение цилиндра.
Самой последней моделью системы является i-VTEC, которая имеет интеллектуальный механизм. В этом случае используется не только универсальная система, но и система Variable Timing Control, которая регулирует начало открытия впускных клапанов. Фазы открытия впускных клапанов полностью зависят от нагрузки двигателя. Они обычно регулируются в тот момент, когда угол установки впускного распредвала изменяется в отношении выпускного распредвала. Такая система газораспределительного механизма обеспечивает эффективное наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, стабильность ее сгорания. При этом двигатель вырабатывает до 20% больше мощности, до 10% больше – крутящего момента. Кроме того, заметно уменьшается расход топлива, а количество токсичных выхлопных газов становится до 20% меньше.
