Принципиальная – это не придуманное нами слово, так описывают эту схему сами разработчики, а именно, специалисты из компании Хонда. Начнем с того, что VTEC – это аббревиатура от Variable Valve Timing and Lift Electronic Control. В переводе на русский это означает «Электронная система изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапанов». То есть, данная система работает непосредственно с настройками газораспределительного механизма.
История создания этой системы начинается с гонок «Формулы 1». Именно для болидов, участвующих в этой серии, она и была создана. И именно на них ее впервые испробовали. Первый серийный автомобиль, на который установили систему VTEC, появился на свет в 1989 году. Назывался он HONDA Integra. Движок, установленный на этом автомобиле, был действительно уникальным. Пожалуй, на тот момент он обладал самой большой литровой мощностью среди серийных автомобилей (100 лошадиных сил на литр). И это при том, что он не был оснащен наддувом. Такой агрегат давал ему преимущества в плане хорошей тяги при низких оборотах, а также в плане экономии топлива и экологических показателей двигателя. В этом двигателе сошлись две совершенно разные концепции конструирования двигателей. Например, прекрасный крутящий момент на низких оборотах, достался ему от двигателей, которые обычно используются на грузовиках (высокомоментные и низкооборотные двигатели). Хорошие показатели мощности этот движок взял от высокооборотных спортивных двигателей, в которых мощность обычно превышает скорость вращения коленвала. Надо сказать, что сочетания получилось очень эффективным. Именно этот движок позволял настраивать систему газораспределения и изменять ее. Настройке в нем поддавались такие моменты, как: открытие и закрытие клапанов, высота подъема клапанов. Таким образом, автомобиль получал возможность регулировки режимов как для езды на каждый день, так и для быстрой спортивной езды. Этот двигатель вместе с системой VTEC серьезно повысил стандарты для двигателей внутреннего сгорания.
На чем основывается действие принципиальной схемы работы системы VTEC?
Возьмем несколько разных движков и сравним их по внешним скоростным характеристикам. Есть двигатели, у которых максимальный крутящий момент образуется при низких оборотах (от 1800 до 3000 оборотов/мин). Есть двигатели, у которых максимум образуется на высоких оборотах (от 3000 до 4000 оборотов/мин). Этому есть простое объяснение. Дело в том, получить большой крутящий момент, а также наполнение цилиндров смесью топлива и воздуха, можно только по достижении определенного числа оборотов. Такое число будет зависеть от устройства впускного тракта, а также от того, как настроены фазы газораспределения. Из этого можно сделать вывод о том, что характер двигателя и его работы в большей степени зависит именно от регулировок газораспределительного механизма. Например, представим себе виртуальный двигатель, работающий при 20 оборотах в минуту. А это значит, что впускные и выпускные клапаны такого двигателя работают со скоростью 10 раз за минуту. Чтобы добиться от этого движка максимума по крутящему моменту при 20 об/мин, система должна работать так: начало такта всасывания – открывание впускного клапана, движение поршня от верхней мертвой точки. Закрытие клапана должно происходить тогда, когда поршень опускается на нижнюю мертвую точку. Выпускной клапан должен работать по такой же принципиальной схеме. Суть в том, чтобы механизм клапанов работал бесперебойно. Любая задержка в работе клапана немедленно ведет к падению крутящего момента. В такой ситуации необходимо наполнять цилиндры свежим зарядом.
Представим, что мы повысили частоту вращения коленвала этого же виртуального двигателя до 4000 оборотов в минуту. Теперь клапанам придется совершать по 2000 движений за минуту (33 раза за секунду). Мы получаем в результате очень маленький запас времени на то, чтобы зарядить поршни. В тот момент, когда поршень будет находиться в нижней мертвой точке, расход топливной смеси должен достичь максимума. Причина тому – инерция топливно-воздушной смеси. При этом, не стоит забывать, что в это же время впускной клапан как раз будет закрыт. Именно по этой причине свежий заряд попадет в цилиндры лишь в очень маленьких количествах. Все это может привести к тому, что двигатель просто перегорит. То есть, у нашего виртуального двигателя возникают серьезные проблемы с мощностью и количеством оборотов. И здесь, как видно, виноваты именно те фазы газораспределения, которые существуют на этом движке.
Правда, у нас всегда есть возможность так же виртуально настроить эти фазы по-иному. Чтобы цилиндры лучше заполнялись рабочей смесью при высоких оборотах, было бы лучше, если бы впускной клапан открывался немного раньше (то есть, еще до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки). Соответственно, и закрытие должно происходить чуть позже – после того, как поршень попал на нижнюю мертвую точку. С выпускным клапаном та же история. Мы можем добиться того, чтобы цилиндры быстрее освобождались от отработанных газов при высоких оборотах, если выпускной клапан начнет открываться немного раньше (пока поршень не достиг нижней мертвой точки). Закрываться он, соответственно, должен после того, как поршень оказался в верхней мертвой точке. Тогда мы получим, что пик крутящего момента придется как раз на высокие обороты, то есть, наш виртуальный двигатель станет мощнее.
Теперь вернемся в реальность и обратимся к тем двигателям, которые производятся конструкторами. Их задача – сделать газораспределительный механизм усредненным, чтобы двигатель работал в разных режимах в одинаковой эффективностью. При этом, приходится приходить к определенному профилю кулачков распредвала. Однако, эта довольно распространенная концепция в производстве двигателей далека от идеальной. Именно поэтому и была разработана принципиальная схема работы системы VTEC. Ее задачей является максимальная эффективность работы двигателя при любых оборотах. Система газораспределения в движках с VTEC особенная, кулачка распредвала имеют разные профили, предназначенные отдельно для высоких, и отдельно для низких оборотов. Поэтому здесь регулируется момент, когда клапаны открываются и закрываются, а также регулируется высота подъема клапанов. Принципиальная схема работы системы приводит двигатель к тому, что он прекрасно чувствует себя как на низких, так и на средних оборотах, а на высоких достигается увеличение мощности. Если установить систему VTEC на обычный движок серийного автомобиля, то он станет намного мощнее, а его работа будет приближена к работе спортивных движков.
Принципиальная схема функционирования системы VTEC имеет несколько модификаций.
Первый вариант, который был установлен на автомобиле HONDA Integra, получил название DOHC VTEC. Чуть позже появились следующие модификации: SOHC VTEC, SOHC VTEC-E, 3-stage SOHC VTEC, Hyper VTEC. Совсем недавно появилась еще одна модификация системы, используемая на новейших автомобилях, - i-VTEC, что можно расшифровать как «интеллектуальная система VTEC». Однако, принцип работы всех этих систем основывается на одном и том же, поэтому мы рассмотрим именно первый вариант – систему DHC VTEC. К тому же, именно она дала старт этим разработкам в области механизмов газораспределения. В первую очередь скажем, что установка данной системы на безнаддувный серийный двигатель дала небывалый прирост удельной мощи. Хонда до сих пор остается на первом месте в этом плане. Возьмем хотя бы движок кабриолета S2000 рабочим объемом 2,0 литра, на который установлена система DOHC VTEC. Он выдает 125 лошадиных сил на каждый литр движка. И это лучший в мире показатель.
Разрабатывая свою систему DHC VTEC конструкторы Хонды взяли за основу четырехклапанный механизм газораспределения. Этот же механизм лежит в основе всех систем электронной регулировки крутящего момента и высоты открытия клапанов. Правда, у системы VTEC есть отличие от остальных. Заключается оно в том, что каждый ряд впускных и выпускных клапанов привязан к собственному отдельному распредвалу. Каждый клапан привязан к трем кулачкам на рспредвале. Два кулачка по бокам нужны для того, чтобы обеспечивать работу двигателя на низких и средних оборотах. Кулачок, расположенный в центре – для высоких оборотов. При этом, кулачки не действуют прямо на клапаны, они связаны «рокерами». Рокеров тоже имеется по три для каждого клапана. Каждый рокер содержит управляемый гидравликой поршень. Направляющее воздействие заставляет их сдвигаться, и они образуют единое целое. В среднем рокере также имеется пружинка. Она нужна для того, чтобы кулачок постоянно находился во взаимодействии с рокером при низких или средних оборотах. На низких оборотах рокеры независимы друг от друга и двигаются по-разному в зависимости от движения кулачков. При переходе на высокие обороты система заметно меняется. Повышается давление масла, что приводит к перемещению поршней, заложенных в рокерах. Поэтому рокеры блокируются. Всей группой начинает управлять один средний кулачок.
Например, на системе SOHC VTEC, используется только один распредвал. Работает он исключительно для впускных клапанов. Надо заметить, что эта система по эффективности уступает системе, описанной выше. Правда, есть у нее и преимущество – она легче, поэтому не утяжеляет сам движок.
Система SOHC VTEC-E направлена, в первую очередь на то, чтобы сделать расход топлива как можно более низким, а также сделать сам двигатель экологически безопасным. Суть работы системы основывается на том, что при малых оборотах движок использует обедненную смесь. При этом, пропускает ее внутрь только единственный впускной клапан. Обедненная смесь, однако, сгорает стабильно, благодаря тому, что внутри создается постоянное завихрение смеси. Если обороты начинают увеличиваться, система VTEC приходит в действие, подключая к работе второй клапан. Правда, по показателям удельной мощности двигатели, оснащенные этой системой, уступают порой даже обычным (без системы VTEC).
3-stage SOHC VTEC – это, по сути, симбиоз систем SOHC VTEC и SOHC VTEC-E. Если предыдущие системы работали в двух режимах, то эта система подразумевает три режима работы. При низких оборотах главная задача системы – экономия топлива и экологичность (засчет использования обедненной смеси). Работает лишь один впускной клапан. Когда обороты переходят на средние, то второй впускной клапан приходит в действие. При этом, все фазы газораспределения и высота подъема клапанов остаются неизменными. При переходе на высокие обороты клапаны начинают подчиняться центральному кулачку, который придает движку мощь.
Hyper VTEC – это система, контролирующая механизм газораспределения. Ее разрабатывали для того, чтобы использовать на четырехтактных движках мотоциклов. Отличается от предыдущих систем она тем, что клапаны приводятся в действие гидравлической системой. Таким образом, системе не нужны рокеры. Здесь кулачки работают непосредственно с толкателями клапанов. При малых и средних оборотах двигателя в работе принимают участие по одному клапану (один впускной – один выпускной). Еще два клапана начинают действовать тогда, когда обороты двигателя начинают повышаться. Это позволяет своевременно пополнять рабочие цилиндры двигателя горючей смесью, так необходимой на высоких оборотах.
И, наконец, что касается новинки – системы i-VTEC, то в ней содержатся две системы. Первая – это, собственно, система VTEC. Вторая – это система VTC (Variable Timing Control), которая занимается слежением за открытием впускных клапанов. Система ориентируется на то, какая нагрузка приходится в данный момент на движок. Фазы открытия впускных клапанов могут меняться. Делается это при помощи изменения угла между впускным и выпускным распредвалом. Кроме того, система VTC обеспечивает более эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью, заставляют ее лучше сгорать. Система i-VTEC, в среднем, дает прирост в мощности двигателя на 20%, прирост в крутящем моменте на 10%. Экологические показатели и показатели экономичности также улучшаются на 10-20%.
