0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатели vtec что из себя представляют

ВПРЫСК ВПРЫСКУ РОЗНЬ
часть вторая

Как мы уже писали в предыдущей статье цикла, многие современные технологии, «приходящие» в подвесные двигатели, были вначале апробированы на суше — в автомобильных двигателях. Характерный пример такого подхода демонстрирует один из старейших производителей четырехтактных подвесных моторов — фирма Honda. Порой в некоторых «околоводных» журналах можно прочитать, что на таком-то моторе установлен силовой агрегат от. К примеру, автомобиля Honda Accord (речь в данном случае идет о двигателе «Honda BF115»). Однако это все же не совсем так. В действительности производитель некоторые изменения, разумеется, вносит, причем порой довольно существенные, поэтому речь может идти не столько о простом заимствовании конкретных узлов или деталей, сколько о принципах и технологиях, которые применяются при производстве и конструировании силового агрегата. В подвесных моторах все устроено «чуть-чуть» не так, как у автомобильных — ведь они должны отвечать более жестким требованиям, предъявляемым в числе прочего, к весу и габаритам. Трудно себе представить, что будет с обычным автомобильным двигателем, если его, например, поставить на попа. Как себя в этом случае поведет, скажем, система смазки? Однако это все лирика.

Всячески опробовав на автомобилях и мотоциклах основные технологии, используемые при создании систем питания двигателей, Honda, решив, что ее сухопутной продукции надежности уже не занимать, перешла к усовершенствованиям подвесных моторов. В результате на ее моторах более 100 л.с. стали появляться электронные системы впрыска. Были эксперименты и с менее мощными моторами, однако сегодня маломощные моторы этой марки, предлагаемые на рынке, имеют карбюраторные системы питания. Видимо, по каким-то причинам разработчики посчитали внедрение впрысковых систем на маломощные двигатели не очень выгодным делом.

По большому счету системы впрыска подвесных моторов Honda очень напоминают «сухопутные», если не брать в расчет их компоновку и вес. В них также присутствует насос (или насосы), который создает первичное давление в топливной магистрали, есть форсунки, через которые топливо подается в камеру сгорания, есть. Иными словами есть все, что положено приличному впрыску (или, если угодно, «инжектору»). Работой этой достаточно сложной системы руководит компьютер, который считывает при посредстве датчиков (до 18 у Honda BF225) необходимую информацию и обрабатывает ее в соответствии с программой, которая в него заложена. У двигателя BF225 имеется программируемый управляющий блок PGM-FI, благодаря которому становится возможным щадящий и быстрый запуск двигателя при любых погодных условиях.

Система распределенного (многоточечного) впрыска, управляемого при помощи PGM-FI, на автомобильных двигателях Honda впервые появилась около 20 лет назад. В то время многие фирмы, выпускающие системы питания, за основу приготовления смеси брали массовый расход воздуха — его общее количество, попадающее во впускной тракт, измеряемое с помощью воздухоизмерительных пластин. «Хондовский» подход в отличие от остальных изначально строился на том, что за основу «воздушной составляющей» брались вычисляемые данные о количестве воздуха, поступающего во впускной коллектор в каждый конкретный момент времени. Вычисления базировались на анализе реальных мгновенных показателей: атмосферного давления, разрежения во впускном коллекторе, оборотов, скорости, угла открытия дроссельной заслонки, степени открытия клапана рециркуляции, количества кислорода в выхлопных газах и т.д. Такой подход позволил значительно стабилизировать работу двигателя при работе в совершенно разных режимах и облегчить его запуск. Разумеется, вследствие более качественного приготовления топливной смеси уменьшается расход топлива и увеличивается долговечность мотора. Сегодня в мире автомобилей система управления впрыском PGM-FI считается если не эталоном, то, по крайней мере, входит в тройку самых надежных и безотказных.

Системы впрыска — не единственная особенность мощных подвесных двигателей Honda. Для увеличения мощности, тяги и улучшения работы силовой установки в различных режимах Honda применяет свою уникальную технологию VTEC, которая также с успехом используется и на «сухопутных» моторах. Благодаря этой системе, которая отвечает за механическое изменение объема подачи воздуха и заключается в достаточно простом изменении подъема клапанов, работа двигателя при частоте вращения коленвала выше 4500 об/мин становится более устойчивой, снижается расход топлива и улучшается сгорание топливной смеси. Поскольку система VTEC является своего рода «козырной картой» Honda, не применяющейся никем из других производителей, рассмотрим ее чуть более подробно.

VTEC, или «Variable valve Timing and lift Electronic Control», можно перевести как «система электронного управления фазами и величиной подъема клапанов». Реально Honda использует четыре ее модификации, мы же рассмотрим только одну, ту, что применяется на подвесных лодочных моторах этой фирмы — на Honda BF225. В головках блока цилиндров данного двигателя расположено по одному распределительному валу, каждый из которых управляет 12 клапанами (по два на впуск и на выпуск в каждом цилиндре). Вал имеет не 12, а 15 кулачков — три из них используются для привода специального поводка, который непосредственно с клапанами никак не связан и на малых оборотах не влияет на их поведение, двигаясь абсолютно независимо. Это важно отметить, поскольку система VTEC уже успела обрасти различными слухами и легендами. При увеличении же числа оборотов свыше 4500 происходит повышение давления масла в двигателе, сигнал с электронного датчика открывает специальный клапан, и под воздействием давления масла подпружиненный рычажок, перемещаясь, связывает воедино этот дополнительный поводок с толкателями впускных клапанов. Поскольку профиль и размеры кулачка, управляющего поводком, отличаются от остальных, клапаны начинают «слушаться» именно его, в то время как кулачки, управляющие собственно толкателями впускных клапанов, вращаются вхолостую, без непосредственного контакта с ними. Происходит изменение фаз газораспределения, одновременно увеличиваются и подъем выпускных клапанов, и время их открытия на высоких оборотах мотора. За счет увеличения объема поступающего в цилиндры воздуха двигатель «дышит» заметно легче.

Так фирма за счет применения относительно простой технологии добилась значительного улучшения работы двигателя на оборотах выше 4500. (Уместно заметить, что на большинстве моторных судов крейсерская скорость достигается именно в этом режиме.) Поэтому владелец подобного двигателя на крейсерском ходу судна располагает определенным запасом, обеспечивающим ему, к примеру, облегченный выход на глиссирование при повышенной нагрузке. В то же время фазы газораспределения на низких оборотах оптимизированы для достижения наименьшего расхода топлива и наименьшего уровня шума. Фактически, получился своего рода двухрежимный двигатель, имеющий на больших оборотах более высокую мощность, чем сравнимые по объему двигатели, не оборудованные системами VTEC или наддувом.

В данном исполнении VTEC регулировка величины подъема происходит только для впускных клапанов, в отличие от ее остальных модификаций, где подобная регулировка существует и для клапанов выпускных. Надо сказать, что у некоторых автомобильных двигателей Honda, оборудованных системой VTEC, имеются несколько наборов дополнительных кулачков и поводков, позволяющих двигателю работать не в двух, а в трех или даже четырех режимах работы, но для лодочных моторов, по большей части работающих на неизменных оборотах, фирма, очевидно, сочла это излишеством. Все это свидетельствует об определенной осторожности Honda в отношении лодочных моторов. К слову сказать, иногда в прессе сами руководители компании определяют свою стратегию развития подвесников как «консервативную инновацию».

Продолжая разговор о системе VTEC, нельзя не коснуться существующих о ней мифов. Один из них (очень широко распространенный, особенно среди автомобилистов) заключается в том, что, поскольку эти двигатели имеют несколько меньший крутящий момент по сравнению с аналогичными двигателями той же мощности — как правило, более высокообъемными, то и по своей динамике они везде и всегда им уступят. Однако это глубокое заблуждение — особенно если речь идет о лодочныых моторах. Очень важна форма кривой крутящего момента, а вот здесь двигатели VTEC демонстрируют прекрасные результаты: их внешняя характеристика является на сегодняшний день одной из самых «плоских» среди четырехтактников, представленных на рынке. Это не очень хорошо разве что для резких рывков с места и для «драг-рейсинга», но там, где двигатель стремительно сорвавшегося с места конкурента уже начнет «задыхаться», лодочный мотор Honda с системой VTEC будет еще разгонять и разгонять свое судно. Да и для движения с повышенной нагрузкой на высокой скорости эти двигатели подходят почти идеально. К тому же они заметно легче. Правда, надо отметить, что VTEC сегодня устанавливается только на очень мощные подвесные моторы типа BF225 (его 3.5-литровый V-образный аналог ставится на автомобили «Honda Odyssey» и «Acura MDX»).

Казалось бы, при чем тут впрыск? А вот при чем. Электронно-управляемая система VTEC не может существовать отдельно от электронного впрыска. Многие до сих пор его побаиваются, а зря. Эта система питания, прежде чем быть «призванной на флот», прошла суровые испытания на суше и доказала не только свою выгоду с точки зрения экономии топлива и увеличения ресурса мотора, но и свою надежность. Нынче ситуация с подвесными моторами удивительно напоминает проблемы покупки-продажи автомобилей иностранного производства в России середины 90-х гг., когда народ отказывался покупать машины, оснащенные впрыском, мотивируя это якобы неремонтопригодностью этих систем. «Неизвестный науке зверь» всегда страшен и вокруг него всегда рождается масса слухов и домыслов, которые подпитываются неграмотностью или плохой информированностью. Но покажите сегодня человека, который сознательно отказывается от покупки автомобиля, оснащенного впрыском (отечественные поделки в счет не берем). Таких, наверное, найдется не более двух из десяти, а десять лет назад их было восемь из десяти.

Так что те, кто в наши дни считают, что подвесные моторы, оснащенные системами впрыска, — это «неизвестный науке зверь», рискуют через какое-то время остаться в меньшинстве, а, значит, и в проигрыше.

Внешняя характеристика двигателя BF225. Видно, что кривая крутящего момента очень пологая.

Игорь Владимиров, Павел Игнатьев, Фото «Honda»
Журнал КиЯ №191 02.07.2005

Принцип работы VTEC

SkyNet
Заблокирован
  • 04.11.2007
  • #1
  • Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию, накопленную в топливе, в тепловую. Такое преобразование происходит во время сгорания горючей смеси. При этом возрастает температура и давление в цилиндре. Под давлением поршни двигателя опускаются вниз и, толкая коленчатый вал, приводят его в движение. Так химическая энергия преобразуется в механическое движение. Механическая сила определяется величиной крутящего момента. Способность двигателя поддерживать некоторую величину крутящего момента при некотором числе оборотов в минуту определяется как мощность. Мощность определяет, какую работу может производить двигатель. Весь процесс, осуществляемый двигателем внутреннего сгорания, не эффективен на 100%. На самом деле всего около 30% энергии, содержащейся в топливе, преобразуются в механическую энергию.

    Читать еще:  Шевроле круз провалы в работе двигателя

    Теоретическая физика говорит о том, что при данном КПД для достижения высокой отдачи от мотора необходимо использовать больше топлива: в результате существенно возрастет мощность. Очевидно, что в этом случае нужно использовать двигатель с огромным рабочим объемом и поступиться принципами экономичности. Другой метод диктует необходимость предварительно сжимать топливную смесь посредством турбины и затем сжигать ее в цилиндрах небольшого размера. Однако и в этом случае расход топлива будет пугающим. В свое время концерн Honda пошел по иному пути, начав исследования с целью оптимизации работы двигателя внутреннего сгорания. В результате появилась технология VTEC, наделяющая мотор отменной экономичностью на низких оборотах и высокой мощностью при его «раскручивании».

    Два алгоритма
    Если сравнить скоростные характеристики различных двигателей, то нетрудно заметить, что у одних максимум крутящего момента достигается на низких оборотах (в диапазоне 1800-3000 об/мин), у других — на более высоких (в диапазоне 3000-4500 об/мин). Оказывается, есть зависимость между тем, каким образом на распределительном валу установлены кулачки, открывающие клапаны, и тем, какую мощность развивает мотор на различных оборотах коленчатого вала. Чтобы понять, чем это вызвано, представьте себе двигатель, работающий крайне медленно. Например, при 10-20 оборотах в минуту рабочий цикл в одном цилиндре занимает 1 секунду. При опускании поршня впускной клапан открывается, позволяя горючей смеси наполнить цилиндр, и закрывается, когда поршень достигает нижней мертвой точки. После завершения цикла сгорания поршень начнет движение вверх. При этом откроется выпускной клапан, позволив отработавшим газам покинуть рабочий объем цилиндра и закроется, когда поршень достигнет верхней мертвой точки. Такой алгоритм был бы идеален, если бы мотор работал на минимуме оборотов. Однако в реальной жизни двигатель куда энергичней.

    С ростом ритма работы мотора описанный алгоритм просто не выдерживает критики. Если число оборотов коленвала достигает 4000 в минуту, клапаны открываются и закрываются 2000 раз ежеминутно, или 30-40 раз каждую секунду. На такой скорости поршню чрезвычайно сложно всосать в цилиндр необходимый объем горючей смеси. То есть в результате впускного сопротивления возникают насосные потери, и это главная причина, по которой уменьшается эффективность работы двигателя. Для облегчения участи мотора при работе на больших оборотах приходится, например, шире открывать впускной клапан. Разумеется, это упрощенное описание работы, но оно дает общее представление. Однако на малых оборотах такой алгоритм не годится: настройка распредвала «на скорость» лишь увеличит расход топлива. Следовательно, для лучшей эффективности нужно сочетать оба алгоритма работы, которые воплощены в механизме VTEC.

    Появившись в 1989 году, система VTEC дважды модернизировалась, и сегодня мы имеем дело с ее третьей серией. Система VTEC использует возможности электроники и механики и позволяет двигателю эффективно распоряжаться возможностями сразу двух распредвалов, или, в упрощенных версиях, одного. Контролируя число оборотов и диапазоны работы силового агрегата, его компьютер может активизировать дополнительные кулачки с тем, чтобы подобрать наилучший режим работы.

    DOHC VTEC
    В 1989 году на внутренний японский рынок поступили две модификации Honda Integra — RSi и XSi, использовавшие первый двигатель с системой DOHC VTEC. Ее силовой агрегат модели B16A при объеме 1,6 литра достигал мощности в 160 л. с., но при этом отличался хорошей тягой на низах, топливной экономичностью и экологической чистотой. Поклонники марки Honda до сих пор помнят и ценят этот великолепный мотор, тем более что его многократно усовершенствованный вариант и по сей день используется на моделях Civic.

    Двигатель с системой DOHC VTEC имеет два pаспpедвала (один для впускных, другой для выпускных клапанов) и 4 клапана на цилиндр. Для каждой пары клапанов предусмотрена особая конструкция — группа из трех кулачков. Следовательно, если мы имеем дело с 4-цилиндровым 16-клапанным мотором с двумя распредвалами, то таких групп будет 8. Каждая группа занимается отдельной парой клапанов. Два кулачка расположены на внешних сторонах группы и отвечают за действие клапанов на низких оборотах, а средний подключается на высоких оборотах. Внешние кулачки непосредственно контактируют с клапанами: опускают их при помощи коромысел (рокеров). Отдельный средний кулачок до поры до времени вращается и вхолостую нажимает на свое коромысло, которое активируется при достижении определенного высокого числа оборотов коленвала. В дальнейшем эта центральная часть отвечает за открытие и закрытие клапанов, хотя и действует как специальный промежуточный механизм.

    Когда двигатель работает на малом ходу, пары впускных и выпускных клапанов открываются соответствующими кулачками. Их форма, как и у большинства аналогичных моторов, выполнена в виде эллипса. Однако эти кулачки способны обеспечивать лишь экономичный режим работы двигателя и только на малых оборотах. При достижении высокой скорости вращения распредвала задействуется специальный механизм. «Незанятый» до этого работой средний кулачок вращался и без какого-либо эффекта нажимал на среднее коромысло, никак не связанное с клапанами. Однако во всех трех коромыслах предусмотрены отверстия, в которые под высоким давлением масла загоняется металлический пруток. Таким образом, группа жестко фиксируется и в дальнейшем работает как одно целое. Тут в работу вступает отдыхавший до этого средний кулачок. Он имеет более продолговатую форму и поэтому при его нажатии все три коромысла, а значит и клапана, опускаются гораздо ниже и на больший промежуток времени остаются открытыми. В этом случае двигатель может «дышать» свободнее, развивать и поддерживать высокий крутящий момент и хорошую мощность.

    SOHC VTEC
    После успеха системы DOHC VTEC компания Honda с еще большим рвением подошла к развитию и использованию своей новации. Моторы с VTEC проявили себя как надежные и экономичные, стали реальной альтернативой увеличению рабочего объема или использованию турбин. Поэтому несколько позднее была представлена система SOHC VTEC. Подобно своему «коллеге» DOHC новинка также предназначалась для оптимизации работы двигателя в разных режимах. Но из-за простоты своей конструкции и более скромных показателей мощности двигатели с SOHC VTEC выпускались меньшими объемами. Одним из первых двигателей, использующих упрощенную систему, стал обновленный агрегат D15B, выдававший 130 л. с. при объеме в 1,5 л. Этот мотор с 1991 устанавливался года на Honda Civic.

    В моторе SOHC предусмотрен один-единственный распредвал на весь блок цилиндров. Поэтому кулачки впускных и выпускных клапанов располагаются на одной оси. Однако здесь также предусмотрены группы-тройки, в каждой из которых есть один специальный центральный кулачок. Простота конструкции заключается в том, что в двух режимах — для низких и для высоких оборотов — могут работать только впускные клапана. Промежуточный механизм с дополнительным кулачком и коромыслом также как и в случае с DOHC VTEC перехватывает на себя открытие и закрытие впускных клапанов, в то время как выпускные всегда работают в постоянном режиме.

    Может создаться впечатление, что SOHC VTEC в чем-то хуже, чем DOHC VTEC. Однако это не так: эта система имеет ряд преимуществ, среди которых простота конструкции, компактность двигателя за счет его незначительной ширины, меньший вес. Кроме того SOHC VTEC возможно вполне легко использовать на двигателях пpедыдущего поколения, тем самым модернизируя их. В итоге силовые агрегаты с SOHC VTEC достигают тех же результатов, пусть и не столь ярких и удивительных.

    SOHC VTEC-E
    Если назначение описанных выше систем VTEC состоит в сочетании максимальной мощности на предельных оборотах и довольно уверенной, но экономичной работе на «низах», то VTEC-E призвана помочь двигателю в достижении предельной экономии.

    Но прежде чем рассмотреть очередное изобретение Honda необходимо разобраться с теорией. Известно, что топливо предварительно смешивается с воздухом и затем воспламеняется в цилиндрах (есть еще иной вариант — непосредственный впрыск, при котором воздух и топливо поступают в цилиндры отдельно). На мощность двигателя также влияет и то, насколько однородна такая смесь. Дело в том, что на малых оборотах невысокая скорость потока при всасывании препятствует смешению топлива и воздуха. В результате на холостом ходу двигатель может работать неуверенно. Чтобы предотвратить это, в цилиндры поступает обогащенная топливом смесь, что сказывается на экономичности. Система VTEC-E способна обеспечить уверенную работу двигателя на малых оборотах на обедненной топливом горючей смеси. При этом также достигается существенная экономия. В отличие от других механизмов, в системе VTEC-E нет никаких дополнительных кулачков. Так как эта технология нацелена на снижение потребления топлива на малых оборотах, то и затрагивает она действие впускных клапанов. VTEC-E применяется только в SOHC-двигателях (с одним распредвалом) с четырьмя клапанами на цилиндp из-за его «склонности» к низкому расходу топлива.

    В отличие от других VTEC-моторов, где кулачки имеют приблизительно одинаковый профиль, в силовых агрегатах с VTEC-E используются две конфигурации. Таким образом, впускные клапана приводятся в движение кулачками различной формы. Профиль одного из них имеет традиционную форму, а другой практически круглый — слегка овальный. Поэтому один из клапанов опускается в нормальном режиме, а другой едва приоткрывается. Горючая смесь проходит через нормальный клапан легко, а через приоткрытый — весьма скудно. Из-за несимметричности потоков поступающей смеси в цилиндре возникают причудливые завихpения, в которых воздух и топливо смешиваются должным образом. В результате двигатель может pаботать на бедной смеси. С увеличением оборотов концентрация топлива растет, но режим, при котором реально работает лишь один клапан, становится помехой. Поэтому, приблизительно при достижении 2500 об/мин коромысла замыкаются и приводятся в движение нормальным кулачком. Замыкание происходит точно так же как и в других системах VTEC.

    Читать еще:  Шинная пилорама из двигателя мотоблока своими руками

    Систему VTEC-E часто незаслуженно считают изобретением, нацеленным исключительно на экономию. Тем не менее, по сравнению с простыми моторами, агрегаты с таким механизмом не только экономичнее, но и мощнее. За экономию отвечает первый режим, в котором работает один клапан, а за показатели мощности — «чистокровный» VTEC, подразумевающий широкое открытие впускных клапанов. Если сравнить два аналогичных мотора, один из которых оборудован механизмом VTEC-E, то простой агрегат окажется на 6-9% слабее и прожорливей.

    Трехрежимный SOHC VTEC
    Этот механизм представляет собой объединение системы SOHC VTEC и SOHC VTEC-E. В отличие от всех описанных выше систем эта имеет не два режима работы, а три. В зоне низких оборотов система обеспечивает экономичный режим работы двигателя на обедненной топливовоздушной смеси (как VTEC-E). В этом случае используется только один из впускных клапанов. На средних оборотах в работу включается второй клапан, но фазы газораспределения и высота подъема клапанов не изменяются. Двигатель в этом случае реализует высокий крутящий момент. На режиме высоких оборотов оба клапана управляются одним центральным кулачком, отвечающим за снятие с двигателя максимальной мощности. Эта система достаточно универсальна. Так, например, двигатель объемом 1,5 литра с таким газораспределительным механизмом проявляет неплохую удельную мощность: 86 л. с. на 1 л. рабочего объема. Одновременно с этим, если двигатель работает в первом, экономичном 12-клапанном режиме, расход при движении с постоянной скоростью 60 км/ч на автомобиле Honda Civic составляет около 3,5 л на 100 км.

    i-VTEC
    Буква «i» в названии означает intelligent, то есть «умный». Прежние версии VTEC способны регулировать степень открытия клапанов лишь в 2-3 режимах. Конструкция нового газораспределительного механизма i-VTEC предполагает использование помимо основной системы VTEC дополнительную систему VTC (Variable Timing Control), непрерывно регулирующую момент начала открытия впускных клапанов. Открытие впускных клапанов задается в зависимости от нагрузки двигателя и регулируется посредством изменения угла установки впускного распределительного вала относительно выпускного. В двигателях с i-VTEC распредвал крепится к приводному шкиву через специальную гайку-шестерню, которая способная «доворачивать» его на угол до 600.

    Применение системы VTC на ряду с VTEC позволяет эффективнее наполнять цилиндры двигателя топливо-воздушной смесью, а также улучшить полноту ее сгорания. Использование механизма i-VTEC позволяет достичь приемистости эквивалентной двигателям с рабочим объемом 2 литра, при этом топливная экономичность даже лучше чем у 1,6 литрового двигателя.

    Семейство газораспределительных механизмов VTEC не представляет собой ничего волшебного, но дает просто поразительный эффект. Моторы Honda прямо-таки умеют подстраиваться под нагрузку, предоставляя удивительную мощность при скромном рабочем объеме. И в то же время на холостом и малом ходах японские моторы поражают выдающейся экономичностью. Вполне возможно, что следующим этапом в развитии систем VTEC станет механизм с отдельными соленоидами на каждый клапан, что позволит с хирургической точностью регулировать открытие клапанов.

    Двигатели vtec что из себя представляют

    VTEC (англ. Variable valve Timing and lift Electronic Control )

    Электронная система изменения времени и хода клапанов (дословно). 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.

    Содержание

    • 1 Введение в VTEC
    • 2 DOHC VTEC (1989-2001)
    • 3 SOHC VTEC (1991-2001)
    • 4 SOHC VTEC-E (Economy или Effective; 1991-2001)
    • 5 3-stage SOHC VTEC (3-стадийный SOHC VTEC; 1995-2001)
    • 6 i-VTEC (с 2001)
      • 6.1 K-серия
      • 6.2 R-серия
      • 6.3 J-серия
    • 7 i-VTEC и VCM (Variable Cylinder Management)
    • 8 i-VTEC I (Injection)
    • 9 AVTEC (Advanced VTEC)
    • 10 VTEC Turbo
    • 11 VTEC в мотоциклах
    • 12 См. также
    • 13 Ссылки

    Введение в VTEC [ править ]

    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.

    DOHC VTEC (1989-2001) [ править ]

    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.

    SOHC VTEC (1991-2001) [ править ]

    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.

    SOHC VTEC-E (Economy или Effective; 1991-2001) [ править ]

    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 посредники — 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.

    3-stage SOHC VTEC (3-стадийный SOHC VTEC; 1995-2001) [ править ]

    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 (с 2001) [ править ]

    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 ]

    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.

    Читать еще:  Устройство для плавного запуска двигателей

    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 ]

    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 ]

    В дальнейшем, i-VTEC появился и на некоторых одновальных V-6 двигателях Honda.

    i-VTEC и VCM (Variable Cylinder Management) [ править ]

    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.

    i-VTEC I (Injection) [ править ]

    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.

    AVTEC (Advanced VTEC) [ править ]

    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).

    VTEC Turbo [ править ]

    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.

    VTEC в мотоциклах [ править ]

    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.

    VTEC — что это? Система изменения фаз газораспределения

    VTEC расшифровывается как — электронная система изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапанов. Расскажем о системе VTEC, рассмотрим принцип работы и разновидности.

    Основные принципы работы системы VTEC

    Если сравнить характеристики различных двигателей, нетрудно заметить, что у одних максимум крутящего момента достигается на низких оборотах (1800-3000 об/мин), у других — на более высоких (3000-4500 об/мин).

    Объясняется тем, что эффективное наполнение цилиндров топливо-воздушной смесью и получение высокого крутящего момента, возможно только при определенных оборотах и зависит от конструкции впускного тракта и настройки газораспределительного механизма. Иными словами, темперамент двигателя полностью определяется фазами газораспределения, которые задаются профилем кулачков распредвала.

    Представим двигатель, который работал бы на оборотах 20 об/мин, соответственно впускные и выпускные клапана задействовались бы 10 раз в минуту, т. е. редко. Для снятия максимального момента на данных оборотах, впускной клапан должен открываться в самом начале такта всасывания, когда поршень начинает двигаться от ВМТ (верхняя мертвая точка), и закрываться в момент прихода поршня в НМТ (нижняя мертвая точка). Аналогично должен работать и выпускной клапан, т. е. никаких задержек или опережений в работе клапанного механизма не допустимо, иначе крутящий момент упадет. В этом случае наполнение цилиндров свежим зарядом будет эффективным.

    Если увеличить частоту вращения двигателя до 4000 об/мин, впускной и выпускной клапана в этом случае будут открываться и закрываться уже 2000 раз в минуту или 33 раза в секунду, т. е. часто.

    В таком режиме времени на всасывание поршнем свежей порции заряда остается мало. Только к моменту когда поршень достигнет НМТ ее скорость, а значит и расход через проходное сечение впускных клапанов достигнут максимума, но в этот момент впускной клапан закроется и основная порция свежего заряда не попадет в цилиндры, наткнувшись на преждевременно закрытый клапан — двигатель начнет «задыхаться». В результате мощность будет незначительна, а максимальные обороты невелики. Это заслуга существующих фаз газораспределения.

    Можно настроить по иному, например, для улучшения наполнения цилиндров рабочей смесью на высоких оборотах впускной клапан заставить открываться немного раньше до прихода поршня в ВМТ, а закрываться немного позже после прохода поршнем НМТ. Для улучшения очистки цилиндров от отработавших газов на высоких оборотах выпускной клапан заставить открываться немного раньше до прихода поршня в НМТ, а закрываться немного позже после прохождения им ВМТ. В этом случае пик крутящего момента будет достигаться на высоких оборотах и возрастет мощность.

    Чтобы мотор работал в условиях максимально приближенных к идеальным на любых оборотах — создана система VTEC. Двигатели с VTEC имеют специальный газораспределительный механизм, распредвал которого имеет различные кулачки для низких и высоких оборотов коленчатого вала двигателя, чем достигается различный момент открытия/закрытия и высота подъема клапанов. Таким образом, обеспечивается стабильность работы на низких и средних оборотах и высокая мощность на высоких.

    Двигатели семейства DOHC VTEC

    Основой для конструирования DOHC VTEC стал широко применяемый 4-клапанный газораспределительный механизм. В системе DOHC VTEC для каждого ряда клапанов (впускных и выпускных) предусмотрено устройство отдельного распредвала.

    На каждые два клапана приходиться три кулачка на распределительном валу. Боковые два предназначены для работы двигателя на низких и средних оборотах, центральный — на высоких. Кулачки воздействуют на клапана через рокера, которых тоже три на два клапана. Все три рокера оборудованы гидравлически управляемыми поршеньками, которые при наличии управляющего воздействия сдвигаются и соединяют их в единое целое. Средний рокер оборудован специальной пружиной, которая обеспечивает постоянный контакт кулачка с рокером на низких и средних оборотах.

    При работе двигателя на малых оборотах рокера не заблокированы и каждый из них совершает независимое движение по закону описываемому соответствующим кулачком. При этом средний кулачок хотя и вращается вместе с остальными, но в работе газораспределительного механизма участия не принимает.

    Как только двигатель перейдет на режим высоких оборотов, электронный «мозг» отдаст команду на исполняющее устройство, в результате давление масла заставит поршеньки в рокерах начать перемещаться, что приведет к блокировке последних. Таким образом, все элементы этой группы станут подконтрольными одному центральному кулачку, который теперь самостоятельно станет управлять работой обоих клапанов.

    Двигатели семейства SOHC VTEC

    SOHC VTEC имеет один распредвал и используется только для впускных клапанов. Эффективность работы несколько ниже чем у DOHC VTEC, однако она конструктивно проще и обеспечивает двигателю меньшие габариты и массу.

    Основная задача SOHC VTEC-E — максимально снизить расход топлива и улучшить экологические показатели. На малых оборотах двигатель работает на обедненной топливо-воздушной смеси, которая поступает в его цилиндры только через один впускной клапан. Попав туда рабочая смесь интенсивно завихряется, благодаря чему обеспечивается устойчивое ее сгорание. При увеличении оборотов срабатывает система VTEC и тогда оба клапана начинают совместную работу.

    Газораспределительный механизм 3-stage SOHC VTEC. Она имеет не два режима работы, а три. В зоне низких оборотов система обеспечивает экономичный режим работы двигателя на обедненной топливо-воздушной смеси. В этом случае используется только один из впускных клапанов.

    На средних оборотах в работу включается второй клапан, но и высота подъема клапанов не изменяются. Двигатель в этом случае реализует высокий крутящий момент. На режиме высоких оборотов оба клапана управляются одним центральным кулачком, отвечающим за снятие с двигателя максимальной мощности.

    Двигатели семейства i-VTEC

    Конструкция i-VTEC предполагает использование дополнительную систему VTC, непрерывно регулирующую момент начала открытия впускных клапанов. Фазы открытия впускных клапанов задаются в зависимости от нагрузки двигателя и регулируются посредством изменения угла установки впускного распределительного вала относительно выпускного.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector