VTEC расшифровывается как — электронная система изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапанов. Ее задача — регулирование режима работы газораспределительного механизма. В данной статье поговорим о системе VTEC, рассмотрим принцип работы и разновидности.
Дебют автомобиля с VTEC состоялся в 1989 году. Он имел двигатель, с которого снимали большую для серийных экземпляров без наддува литровую мощность в 100 л.с./литр, при этом он характеризовался хорошей тягой на низких оборотах, имел высокие показатели топливной экономичности. Это был первый двигатель позволяющий изменять параметры работы газораспределительного механизма, такие как момент открытия/закрытия и высоту подъема клапанов, обеспечивая тем самым оптимальные характеристики.
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.
В реальных условиях конструкторы силовых агрегатов вынуждены усреднять регулировку фаз газораспределения "на все случаи жизни", выбирая при этом определенный профиль кулачков распредвала. Такой подход не оптимален.
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 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.
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.
Применение системы VTC позволяет эффективнее наполнять цилиндры двигателя топливо-воздушной смесью, что выражается в увеличении мощности двигателя на 20 %, крутящего момента на 10%, снижении расхода топлива и уменьшении вредных выбросов на 10-20%.