VTEC – система зміни фаз газорозподілу

241

VTEC розшифровується як – електронна система зміни фаз газорозподілу і висоти підйому клапанів. Розповімо про системою VTEC, розглянемо принцип роботи та різновиди.

Основні принципи роботи системи VTEC

Якщо порівняти характеристики різних двигунів, неважко помітити, що в одних максимум крутного моменту досягається на низьких оборотах (1800-3000 об/хв), в інших – на більш високих (3000-4500 об/хв).

Пояснюється тим, що ефективне наповнення циліндрів паливо-повітряною сумішшю і отримання високого крутного моменту, можливе тільки при певних оборотах і залежить від конструкції впускного тракту і налаштування газорозподільного механізму. Іншими словами, темперамент двигуна повністю визначається фазами газорозподілу, які задаються профілем кулачків розподільного валу.


Уявімо двигун, який працював би на обертах 20 об/хв, відповідно впускні і випускні клапана залучалися б 10 разів у хвилину, тобто рідко. Для зняття максимального моменту на даних обертах, впускний клапан має відкриватися в самому початку такту всмоктування, коли поршень починає рухатися від ВМТ (верхня мертва точка), і закриватися в момент приходу поршня у НМТ (нижня мертва точка). Аналогічно повинен працювати і випускний клапан, тобто ніяких затримок і випереджень у роботі клапанного механізму не допустимо, інакше крутний момент впаде. У цьому випадку наповнення циліндрів свіжим зарядом буде ефективним.

Якщо збільшити частоту обертання двигуна до 4000 об/хв, впускний і випускний клапани в цьому випадку будуть відкриватися і закриватися вже 2000 разів у хвилину або 33 рази в секунду, тобто часто.

В такому режимі часу на всмоктування поршнем свіжої порції заряду залишається мало. Тільки до моменту коли поршень досягне НМТ її швидкість, а значить і витрата через прохідний перетин впускних клапанів досягнуть максимуму, але в цей момент впускний клапан закриється і основна порція свіжого заряду не потрапить в циліндри, наткнувшись на передчасно закритий клапан – двигун почне “задихатися”. У результаті потужність буде незначна, а максимальні обороти невеликі. Це заслуга існуючих фаз газорозподілу.

Можна налаштувати по іншому, наприклад, для поліпшення наповнення циліндрів робочою сумішшю на високих обертах впускний клапан змусити відкриватися трохи раніше до приходу поршня в ВМТ, а закриватися трохи пізніше після проходу поршнем НМТ. Для поліпшення очищення циліндрів від відпрацьованих газів на високих обертах випускний клапан змусити відкриватися трохи раніше до приходу поршня у НМТ, а закриватися трохи пізніше після проходження ним ВМТ. У цьому випадку пік крутного моменту буде досягатися на високих обертах і зросте потужність.

В реальних умовах конструктори силових агрегатів змушені усереднювати регулювання фаз газорозподілу “на всі випадки життя”, вибираючи при цьому певний профіль кулачків розподільного валу. Такий підхід не є оптимальним.
Щоб мотор працював в умовах максимально наближених до ідеальних на будь-яких оборотах – створена система VTEC. Двигуни з VTEC мають спеціальний газорозподільний механізм, распредвал якого має різні кулачки для низьких і високих оборотів колінчастого валу двигуна, чим досягається різний момент відкриття/закриття і висота підйому клапанів. Таким чином, забезпечується стабільність роботи на низьких і середніх оборотах і висока потужність на високих.

Двигуни сімейства DOHC VTEC

DOHC VTECОсновою для конструювання DOHC VTEC став широко застосовуваний 4-клапанний газорозподільний механізм. В системі DOHC VTEC для кожного ряду клапанів (впускних та випускних) передбачено влаштування окремого распредвала.

На кожні два клапани приходиться три кулачка на розподільному валу. Бічні два призначені для роботи двигуна на низьких і середніх оборотах, центральний – на високих. Кулачки впливають на клапана через рокера, яких теж три на два клапана. Всі три рокера обладнані гідравлічно керованими поршеньками, які при наявності керуючого впливу зсуваються і з’єднують їх в єдине ціле. Середній рокер обладнаний спеціальною пружиною, яка забезпечує постійний контакт кулачка з рокером на низьких і середніх обертах.

При роботі двигуна на малих обертах рокера не заблоковані і кожен з них здійснює незалежний рух за законом описуваного відповідним кулачком. При цьому середній кулачок хоча і обертається разом з іншими, але в роботі газорозподільного механізму участі не приймає.

Як тільки двигун перейде на режим високих оборотів, електронний “мозок” віддасть команду на виконуючий пристрій, у результаті тиск масла змусить поршенька у рокерів почати переміщатися, що призведе до блокування останніх. Таким чином, всі елементи цієї групи стануть підконтрольними одному центральному кулачку, який тепер стане самостійно керувати роботою обох клапанів.

Двигуни сімейства SOHC VTEC

SOHC VTEC-ESOHC VTEC має один распредвал і використовується тільки для впускних клапанів. Ефективність роботи трохи нижче, ніж у DOHC VTEC, однак вона конструктивно простіше і забезпечує двигуну менші габарити і масу.

Основне завдання SOHC VTEC-E – максимально знизити витрату палива і поліпшити екологічні показники. На малих обертах двигун працює на збідненій паливо-повітряної суміші, яка надходить в його циліндри тільки через один впускний клапан. Потрапивши туди робоча суміш інтенсивно кружляє, завдяки чому забезпечується сталий її згоряння. При збільшенні оборотів спрацьовує система VTEC і тоді обидва клапани починають спільну роботу.

Газорозподільний механізм 3-stage SOHC VTEC. Вона має два режими роботи, а три. В зоні низьких оборотів система забезпечує економічний режим роботи двигуна на збідненій паливо-повітряної суміші. У цьому випадку використовується лише один з впускних клапанів.

На середніх оборотах в роботу включається другий клапан, але фази газорозподілу і висоти підйому клапанів не змінюються. Двигун в цьому випадку реалізує високий крутний момент. На режимі високих обертів обидва клапани керуються одним центральним кулачком, відповідальним за зняття з двигуна максимальної потужності.

Двигуни сімейства i-VTEC

Конструкція i-VTEC передбачає використання додаткову систему VTC, безупинно регулює момент початку відкриття впускних клапанів. Фази відкриття впускних клапанів задаються в залежності від навантаження двигуна і регулюються за допомогою зміни кута установки впускного розподільного валу щодо випускного.

Застосування системи VTC дозволяє ефективніше наповнювати циліндри двигуна паливо-повітряною сумішшю, що виражається у збільшенні потужності двигуна на 20%, крутного моменту на 10%, зниження витрати палива та зменшення шкідливих викидів на 10-20%.