VTEC (описывается как Variable Valve Timing & Lift Electronic Control , но расшифровывается как Valve Timing Electronically Controlled ) — это система, разработанная Honda для повышения объемной эффективности четырехтактного двигателя внутреннего сгорания , что приводит к более высокой производительности на высоких оборотах и снижению расхода топлива на низких оборотах. Система VTEC использует два (иногда три ) профиля распределительного вала и гидравлически выбирает между профилями. Она была изобретена инженером Honda Икуо Кадзитани. [1] [2] Она заметно отличается от стандартных систем VVT ( variable valve Timing ), которые изменяют только фазы газораспределения и не изменяют профиль распределительного вала или подъем клапана каким-либо образом.
Япония взимает налог, основанный на рабочем объеме двигателя , [3] и японские автопроизводители соответственно сосредоточили свои усилия по исследованиям и разработкам на улучшении производительности своих меньших конструкций двигателей. Один из методов повышения производительности в статическом рабочем объеме включает принудительную индукцию , как в таких моделях, как Toyota Supra и Nissan 300ZX , которые использовали турбокомпрессоры , и Toyota MR2 , которая использовала нагнетатель в течение некоторых модельных лет. Другой подход - роторный двигатель, используемый в Mazda RX-7 и RX-8 . Третий вариант - изменить профиль фаз газораспределения, из которых Honda VTEC была первой успешной коммерческой конструкцией для изменения профиля в реальном времени. [ необходима цитата ]
Система VTEC обеспечивает двигателю синхронизацию клапанов, оптимизированную как для работы на низких, так и на высоких оборотах. В базовой форме один кулачковый выступ и толкатель/коромысло обычного двигателя заменяются блокирующим многокомпонентным коромыслом и двумя профилями кулачков: один оптимизирован для стабильности на низких оборотах и топливной экономичности , а другой предназначен для максимизации выходной мощности на высоких оборотах. Операция переключения между двумя кулачковыми выступами контролируется ЭБУ , который учитывает давление моторного масла , температуру двигателя, скорость автомобиля, частоту вращения двигателя и положение дроссельной заслонки. Используя эти входы, ЭБУ программируется на переключение с кулачковых выступов с низким подъемом на кулачковые выступы с высоким подъемом при выполнении определенных условий. В точке переключения активируется соленоид , который позволяет давлению масла от золотникового клапана управлять стопорным штифтом, который связывает коромысло с высокими оборотами с коромыслами с низкими оборотами. С этого момента клапаны открываются и закрываются в соответствии с профилем высокого подъема, который открывает клапан дальше и на более длительное время. Точка переключения является переменной, между минимальной и максимальной точкой, и определяется нагрузкой двигателя. Переключение вниз обратно с кулачков с высокими оборотами на низкие установлено так, чтобы оно происходило при более низкой частоте вращения двигателя, чем переключение вверх (представляющее собой гистерезисный цикл), чтобы избежать ситуации, в которой двигатель должен работать непрерывно в точке переключения или около нее.
Старый подход к регулировке фаз газораспределения заключается в создании распределительного вала с профилем фаз газораспределения , который лучше подходит для работы на низких оборотах. Улучшения в работе на низких оборотах, на которых большинство уличных автомобилей работают большую часть времени, происходят в обмен на потерю мощности и эффективности в диапазонах более высоких оборотов. Соответственно, VTEC пытается объединить топливную экономичность и стабильность на низких оборотах с работой на высоких оборотах.
VTEC, оригинальная система управления переменными клапанами Honda, произошла от REV (Revolution-Modulated Valve Control), представленной на CBR400 в 1983 году и известной как HYPER VTEC. В обычном четырехтактном автомобильном двигателе впускные и выпускные клапаны приводятся в действие кулачками на распределительном валу. Форма кулачков определяет синхронизацию, подъем и продолжительность каждого клапана. Синхронизация относится к измерению угла, когда клапан открывается или закрывается по отношению к положению поршня (BTDC или ATDC). Подъем относится к тому, насколько открыт клапан. Продолжительность относится к тому, как долго клапан остается открытым. Из-за поведения рабочей жидкости (воздушно-топливной смеси) до и после сгорания, которые имеют физические ограничения по их потоку, а также их взаимодействия с искрой зажигания, оптимальные настройки синхронизации клапанов, подъема и продолжительности при работе двигателя на низких оборотах сильно отличаются от настроек при высоких оборотах. Оптимальные настройки подъема и продолжительности фаз газораспределения на низких оборотах приведут к недостаточному заполнению цилиндра топливом и воздухом на высоких оборотах, что значительно ограничит выходную мощность двигателя. И наоборот, оптимальные настройки подъема и продолжительности фаз газораспределения на высоких оборотах приведут к очень грубой работе на низких оборотах и сложному холостому ходу. Идеальный двигатель будет иметь полностью изменяемую фазу газораспределения, подъем и продолжительность, при которых клапаны всегда будут открываться точно в нужной точке, подниматься достаточно высоко и оставаться открытыми ровно столько времени, сколько нужно для используемой скорости двигателя и нагрузки.
Система VTEC была представлена как система DOHC (двойной верхний распределительный вал) в Японии в 1989 году в Honda Integra XSi, [1] которая использовала двигатель B16A мощностью 160 л. с. (120 кВт) . В том же году в Европе система VTEC появилась в Honda Civic и Honda CRX 1.6i-VT, использующих вариант B16A1 мощностью 150 л. с. (110 кВт). На рынке США первая система VTEC появилась с появлением Acura NSX 1991 года , [4] которая использовала 3-литровый двигатель DOHC C30A V6 мощностью 270 л. с. (200 кВт). Двигатели DOHC VTEC вскоре появились и в других транспортных средствах, таких как Acura Integra GS-R 1992 года (160 л. с. (120 кВт) B17A1 ), а позднее в Honda Prelude VTEC 1993 года (195 л. с. (145 кВт) H22A ) и Honda Del Sol VTEC (160 л. с. (120 кВт) B16A3 ). Integra Type R (1995–2000), доступная на японском рынке, выдает 197 л. с. (147 кВт; 200 л. с.) с использованием 1,8-литрового двигателя B18C , производя больше лошадиных сил на литр, чем большинство суперкаров того времени. Honda также продолжила разрабатывать другие разновидности и сегодня предлагает несколько разновидностей VTEC, таких как i-VTEC и i-VTEC Hybrid.
Honda также применила эту систему к двигателям SOHC (один верхний распредвал), таким как двигатели D-Series и J-Series , которые используют общий распредвал как для впускных, так и для выпускных клапанов. Компромисс заключался в том, что двигатели SOHC от Honda извлекали выгоду из механизма VTEC только на впускных клапанах. Это связано с тем, что VTEC требует третьего центрального коромысла и кулачкового выступа (для каждой стороны впуска и выпуска), а в двигателе SOHC свечи зажигания расположены между двумя выпускными коромыслами, не оставляя места для коромысла VTEC. Кроме того, центральный выступ на распредвале не может использоваться как впуском, так и выпуском, что ограничивает функцию VTEC одной стороной.
Однако, начиная с двигателя J37A2 3.7L SOHC V6, представленного на всех моделях Acura RL SH-AWD 2009-2012 годов, SOHC VTEC был включен для использования с впускными и выпускными клапанами, используя в общей сложности шесть кулачковых выступов и шесть коромысел на цилиндр. Впускные и выпускные коромысла содержат первичные и вторичные впускные и выпускные коромысла соответственно. Первичное коромысло содержит переключающий поршень VTEC, в то время как вторичное коромысло содержит возвратную пружину. Термин «первичный» не относится к тому, какое коромысло заставляет клапан опускаться во время работы двигателя на низких оборотах. Скорее, он относится к коромыслу, которое содержит переключающий поршень VTEC и получает масло от вала коромысла.
Первичный выпускной коромысло контактирует с низкопрофильным кулачком распределительного вала во время работы двигателя на низких оборотах. После того, как происходит зацепление VTEC, давление масла, поступающее от выпускного коромысла в первичное выпускное коромысло, заставляет переключающий поршень VTEC войти во вторичное выпускное коромысло, тем самым блокируя оба выпускных коромысла вместе. Высокопрофильный кулачок распределительного вала, который обычно контактирует только со вторичным выпускным коромыслом во время работы двигателя на низких оборотах, способен перемещать оба выпускных коромысла вместе, которые блокируются как единое целое. То же самое происходит и с впускным коромыслом, за исключением того, что высокопрофильный кулачок распределительного вала управляет первичным коромыслом.
J37A2 может использовать как впускной, так и выпускной VTEC за счет использования новой конструкции впускного коромысла. Каждый выпускной клапан на J37A2 соответствует одному первичному и одному вторичному выпускному коромыслу. Таким образом, всего имеется двенадцать первичных выпускных коромысел и двенадцать вторичных выпускных коромысел. Однако каждое вторичное впускное коромысло имеет форму, похожую на «Y», что позволяет ему контактировать с двумя впускными клапанами одновременно. Одно первичное впускное коромысло соответствует каждому вторичному впускному коромыслу. В результате такой конструкции имеется только шесть первичных впускных коромысел и шесть вторичных впускных коромысел.
Самая ранняя реализация VTEC-E — это вариация SOHC VTEC, которая используется для повышения эффективности сгорания на низких оборотах при сохранении производительности двигателей без VTEС в среднем диапазоне. VTEC-E — это первая версия VTEC, использующая использование роликовых коромысел, и из-за этого она отказывается от необходимости иметь 3 впускных кулачка для приведения в действие двух клапанов — два кулачка для работы без VTEС (один малый и один средний кулачок) и один кулачок для работы с VTEС (самый большой кулачок). Вместо этого на цилиндре есть два разных профиля впускного кулачка: очень мягкий кулачок с небольшим подъемом и нормальный кулачок с умеренным подъемом. Из-за этого на низких оборотах, когда VTEC не задействован, одному из двух впускных клапанов разрешено открываться только на очень небольшую величину из-за мягкого кулачка, заставляя большую часть впускного заряда проходить через другой открытый впускной клапан с нормальным кулачком. Это вызывает завихрение впускного заряда, что улучшает распыление воздуха/топлива в цилиндре и позволяет использовать более бедную топливную смесь. По мере увеличения скорости и нагрузки двигателя оба клапана должны подавать достаточную смесь. При включении режима VTEC необходимо достичь заданного порога для MPH (должно двигаться), RPM и нагрузки, прежде чем компьютер включит соленоид, который направляет масло под давлением в скользящий штифт, как и в оригинальном VTEC. Этот скользящий штифт соединяет толкатели впускного коромысла вместе, так что теперь оба впускных клапана следуют за «нормальным» выступом распредвала, а не только за одним из них. В режиме VTEC, поскольку «нормальный» выступ распредвала имеет ту же синхронизацию и подъем, что и выступы впускного распредвала двигателей SOHC без VTEC, оба двигателя имеют одинаковую производительность в верхнем диапазоне мощности, предполагая, что все остальное одинаково. Этот вариант VTEC-E используется в некоторых двигателях серии D.
В более поздних реализациях VTEC-E единственное отличие от более ранней VTEC-E заключается в том, что второй нормальный профиль кулачка был заменен более агрессивным профилем кулачка, который идентичен исходному высокоскоростному профилю кулачка VTEC. По сути, это заменяет VTEC и более ранние реализации VTEC-E, поскольку преимущества топлива и крутящего момента на низких оборотах более ранней VTEC-E сочетаются с высокой производительностью исходной VTEC. Имеется 3 кулачка впускного кулачка: 2 для режима низких оборотов (1 для почти закрытого клапана, 1 для нормально открытого) и 1 для мощного режима, когда активирован соленоид VTEC. Минимальное число оборотов для активации VTEC составляет 2500, или оно может быть выше, если нагрузка слабая - зависит от ECM. При включенном соленоиде VTEC 3-й самый большой лепесток начинает толкать все впускные клапаны с более агрессивным профилем. Этот вариант VTEC-E используется в двигателях F23A, F22B и JDM F20B SOHC VTEC.
3-ступенчатая система VTEC — это версия, которая использует три различных профиля кулачков для управления синхронизацией и подъемом впускного клапана. Поскольку эта версия VTEC была разработана вокруг головки клапана SOHC, пространство было ограничено; поэтому VTEC может изменять только открытие и закрытие впускных клапанов. Улучшения экономии топлива на низком уровне VTEC-E и производительность обычного VTEC объединены в этом приложении. От холостого хода до 2500–3000 об/мин, в зависимости от условий нагрузки, один впускной клапан полностью открывается, а другой открывается лишь слегка, достаточно для предотвращения скопления топлива за клапаном, что также называется 12-клапанным режимом. Этот 12-клапанный режим приводит к завихрению впускного заряда, что повышает эффективность сгорания, что приводит к улучшению крутящего момента на низком уровне и лучшей экономии топлива. При 3000–5400 об/мин, в зависимости от нагрузки, включается один из соленоидов VTEC, что заставляет второй клапан заблокироваться на кулачке распределительного вала первого клапана. Этот метод, также называемый 16-клапанным режимом, напоминает обычный режим работы двигателя и улучшает кривую мощности в среднем диапазоне. При 5500-7000 об/мин включается второй соленоид VTEC (теперь включены оба соленоида), так что оба впускных клапана используют средний, третий выступ распредвала. Третий выступ настроен на высокую производительность и обеспечивает пиковую мощность в верхней части диапазона оборотов.
В новой версии 3-ступенчатого i-VTEC объединены VTC и PGM-FI, что позволяет ЭБУ управлять всем диапазоном режимов для достижения большей экономии топлива и производительности. Honda CR-Z может переключаться между режимом низкого уровня и стандартным режимом от 1000 об/мин до 2250 об/мин без прерывания и переходить в режим высокого кулачка от 2250 об/мин и выше на SOHC.
Honda i-VTEC (intelligent-VTEC) [5] — это система, которая объединяет VTEC с VTC (Variable Timing Control) от Honda, системой непрерывной регулировки фаз газораспределения, используемой на впускном распредвале двигателей DOHC VTEC. Технология впервые появилась в семействе четырехцилиндровых двигателей Honda серии K в 2001 году. Большинство четырехцилиндровых автомобилей Honda или Acura, проданных в Соединенных Штатах, использовали i-VTEC к 2002 модельному году, за исключением Honda Accord 2002 года.
Управление подъемом и продолжительностью работы клапана VTEC по-прежнему ограничено отдельными профилями низких и высоких оборотов, но впускной распредвал теперь способен продвигаться вперед на 25–50 градусов в зависимости от конфигурации двигателя. Фазировка осуществляется управляемой компьютером, масляной регулируемой звездочкой кулачка. На VTEC влияют как нагрузка двигателя, так и обороты. Фаза впуска варьируется от полностью запаздывающей на холостом ходу до несколько опережающей на полном газу и низких оборотах. Эффект заключается в дальнейшей оптимизации выходного крутящего момента, особенно на низких и средних оборотах. Существует два типа двигателей серии i-VTEC K, которые описаны в следующем разделе.
Двигатели Honda J-Series SOHC используют совершенно другую систему, которая также, что сбивает с толку, позиционируется как i-VTEC. Двигатели Honda J-Series, использующие i-VTEC, сочетают работу SOHC VTEC с технологией переменного рабочего объема Honda VCM (Variable Cylinder Management) для улучшения топливной экономичности при малых нагрузках.
Двигатели серии K имеют два различных типа реализации системы i-VTEC. Первый тип предназначен для двигателей высокой производительности, таких как K20A2 или K20Z3, используемых в 2002-2006 RSX Type S или 2006-2011 Civic Si , а второй тип предназначен для экономичных двигателей, таких как K20A3 или K24A4, используемых в 2002-2005 Civic Si или 2003-2007 Accord . Система производительности i-VTEC в основном такая же, как система DOHC VTEC двигателей B16A . Как впускные, так и выпускные кулачки имеют по три кулачка на цилиндр. Однако клапанный механизм имеет дополнительное преимущество в виде роликовых коромысел и бесступенчатой регулировки фаз газораспределения впускных кулачков VTC. Система производительности i-VTEC представляет собой комбинацию обычной системы DOHC VTEC с системой VTC (которая работает только для впускных клапанов). Система VTC доступна в экономичных и производительных двигателях i-VTEC.
Экономичный i-VTEC, используемый в двигателях K20A3/K24A4, больше похож на SOHC VTEC-E, в котором впускной кулачок имеет только два кулачка, один очень маленький и один побольше, а также на выпускном кулачке нет VTEC. На низких оборотах только один клапан на впуске открывается полностью, способствуя завихрению в камере сгорания и улучшенному распылению топлива. Это позволяет использовать более бедную воздушно-топливную смесь, улучшая экономию топлива. На более высоких оборотах оба впускных клапана работают от большего кулачка впускного кулачка, улучшая общий поток воздуха и максимальную мощность.
Два типа двигателей легко различить по номинальной выходной мощности, установленной на заводе: двигатели высокой производительности развивают мощность около 200 л. с. (150 кВт) или более в стандартной комплектации, в то время как двигатели эконом-класса развивают мощность не более 160 л. с. (120 кВт).
Система i-VTEC в двигателе R-Series использует модифицированную систему SOHC VTEC, состоящую из одного малого и двух больших кулачков. Большие кулачки напрямую управляют впускными клапанами, в то время как малый кулачок задействован во время VTEC. В отличие от типичных систем VTEC, система в двигателе R-Series работает в «обратном» режиме, включаясь только на низких и средних оборотах. На низких оборотах малый кулачок фиксируется на одном из больших кулачков и удерживает один из впускных клапанов частично открытым во время цикла сжатия, аналогично циклу Аткинсона . Возможность Honda переключаться между циклом Аткинсона и нормальным циклом обеспечивает превосходную топливную экономичность без слишком большого ущерба для производительности.
В 2003 году Honda представила i-VTEC V6 (обновление серии J ), включающее технологию отключения цилиндров Honda, которая закрывает клапаны на одном блоке из (3) цилиндров при работе с небольшой нагрузкой и низкой скоростью (ниже 80 км/ч (50 миль/ч)). По данным Honda,
Технология VCM работает по принципу, что транспортному средству требуется лишь часть его выходной мощности на крейсерской скорости. Система электронным способом деактивирует цилиндры, чтобы снизить расход топлива. Двигатель может работать на 3, 4 или всех 6 цилиндрах в зависимости от потребности в мощности, по сути получая лучшее из обоих миров. Мощность V6 при ускорении или подъеме, а также эффективность меньшего двигателя при крейсерской скорости. [ Эта цитата нуждается в цитате ]
Первоначально эта технология была представлена в США на минивэне Honda Odyssey 2005 года , а сейчас ее можно найти на Honda Accord Hybrid, Honda Pilot 2006 года и Honda Accord 2008 года. Пример: по оценкам Агентства по охране окружающей среды, расход топлива Accord V6 2011 года (271 л. с. SOHC 3,5 л) составляет 24 мили на галлон в смешанном цикле против 27 миль на галлон в двух моделях с 4 цилиндрами.
i-VTEC VCM также использовался в 1,3-литровом двигателе LDA, используемом в Honda Civic Hybrid 2001-2005 годов . [6]
Версия i-VTEC с непосредственным впрыском , впервые использованная в Honda Stream 2004 года . [7] Бензиновый двигатель i-VTEC I объемом 2,0 л с непосредственным впрыском и верхним расположением распредвала.
Двигатель AVTEC ( Advanced VTEC ) был впервые анонсирован в 2006 году. [8] Он сочетает в себе бесступенчатое управление подъемом и синхронизацией клапанов с бесступенчатой регулировкой фаз. Первоначально Honda планировала производить автомобили с двигателями AVTEC в течение следующих 3 лет. Хотя предполагалось, что он впервые будет использован в Honda Accord 2008 года, вместо этого автомобиль использует существующую систему i-VTEC. По состоянию на конец 2017 года ни один автомобиль Honda не использует систему AVTEC.
Усовершенствованная технология VTEC от Honda значительно отличается от своих предыдущих воплощений, поскольку больше не полагается на переключение между двумя наборами кулачков на данном распределительном валу . Вместо этого она использует один кулачковый выступ на клапан и два коромысла на клапан, при этом второе коромысло имеет подвижную точку поворота, тем самым обеспечивая переменный подъем кулачка. Усовершенствованные двигатели VTEC по-прежнему используют теперь уже стандартный механизм изменения угла кулачкового механизма, управляемый давлением масла. Объединив эти две технологии, Honda разработала систему бесступенчатого изменения фаз газораспределения и подъема клапанов («VVTL»). Предыдущие версии VTEC включали только ступенчатый VVTL, т. е. High-Low. С введением i-VTEC системы получили бесступенчатое изменение фаз газораспределения, но по-прежнему только ступенчатый подъем, т. е. High-Low. «Бесступенчато изменяемая» часть A-VTEC — это то, что выделяет ее как серьезный эволюционный шаг в мире VTEC. [9]
Соответствующий патент США (6,968,819) был подан 5 января 2005 года. [10] [11]
Advanced VTEC имеет стандартный распределительный вал и коромысла, прикрепленные, как обычно, с верхним расположением распределительного вала, и коромысла, нажимающие вниз на тарельчатые клапаны . Распределительный вал окружен частично открытым барабаном, к которому через точку поворота прикреплены вторичные коромысла. Эти вторичные коромысла, имеющие изменяющийся профиль глубины (похожий на кулачки), напрямую приводятся в действие распределительным валом, подобно ножницам. Первичные коромысла приводятся в действие вторичными (прикрепленными к барабану) коромыслами. Барабан будет вращаться только для того, чтобы продвигать или отодвигать положение вторичных коромысел, чтобы использовать их изменяющиеся профили. Таким образом, посредством изменения положения барабана вокруг его оси каждый профиль кулачка изменяется до оптимальной высоты для максимальной производительности двигателя без ущерба для топливной экономичности на более низких скоростях. [12]
Серия двигателей VTEC TURBO была представлена в 2013 году как часть линейки Earth Dreams Technology и включает в себя новые функции, такие как непосредственный впрыск бензина, турбокомпрессоры, Dual Cam VTC и VTEC на профиле выхлопа вместо впуска, что ознаменовало конец «традиционного звука» VTEC в этом двигателе. Реализация VTEC на коромыслах выпускного клапана заставляет турбину раскручиваться быстрее, устраняя турбозадержку. Двигатели VTEC Turbo выпускаются в трех вариантах рабочего объема: 1,0-литровый 3-цилиндровый, 1,5-литровый 4-цилиндровый и 2,0-литровый 4-цилиндровый .
Первоначальная реализация для европейских автомобилей включала 2-литровый 4-цилиндровый двигатель с турбонаддувом, используемый с Honda Civic Type R 2015 года и по настоящее время, который включал соответствие выбросам Euro 6. [13] [14] [15]
Помимо Honda CB400SF Super Four HYPER VTEC, представленного только на японском рынке [16] в 1999 году, первое мировое внедрение технологии VTEC в мотоцикле произошло с выпуском спортбайка Honda VFR800 в 2002 году. Подобно стилю SOHC VTEC-E, один впускной клапан остается закрытым до достижения порога в 6800 (6600 после 2006 года) [17] об/мин, затем второй клапан открывается штифтом, приводимым в действие давлением масла. Задержка клапанов остается неизменной, как в автомобильном VTEC-E, и вырабатывается немного дополнительной мощности, но со сглаживанием кривой крутящего момента. Критики утверждают, что VTEC мало что добавляет к опыту VFR, при этом увеличивая сложность двигателя. Honda, похоже, согласилась, поскольку их VFR1200, модель, анонсированная в октябре 2009 года, пришла на смену VFR800, которая отказалась от концепции VTEC в пользу двигателя большой емкости narrow-vee "unicam", т. е. SOHC. Однако в 2014 году VFR800 вновь представила систему VTEC от мотоцикла VFR 2002-2009 годов.
Honda внедрила эту технологию в серию NC700, включая NC700D Integra , выпущенную в 2012 году, используя один распределительный вал для обеспечения двух режимов газораспределения для впускных клапанов. [18] [19]