Σύστημα VTEC για κινητήρα αυτοκινήτου

Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης αυτοκινήτων βελτιώνονται συνεχώς, οι μηχανικοί προσπαθούν να "συμπιέσουν" τη μέγιστη ισχύ και ροπή, ειδικά χωρίς να καταφύγουν στην αύξηση του όγκου των κυλίνδρων. Οι Ιάπωνες μηχανικοί αυτοκινήτων έγιναν διάσημοι για το γεγονός ότι οι ατμοσφαιρικοί κινητήρες τους, στη δεκαετία του '90 του περασμένου αιώνα, έλαβαν 1000 ίππους από όγκο 100 cm³. Μιλάμε για αυτοκίνητα Honda, τα οποία είναι γνωστά για τους κινητήρες γκαζιού τους, ειδικά χάρη στο σύστημα VTEC.

Έτσι, στο άρθρο θα ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο τι είναι το VTEC, πώς λειτουργεί, την αρχή λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά σχεδίασης.

Τι είναι το σύστημα VTEC

Μεταβλητός χρονισμός βαλβίδας και ηλεκτρονικός έλεγχος ανύψωσης, το οποίο μεταφράζεται στα ρωσικά, ως ηλεκτρονικό σύστημα για τον έλεγχο του χρόνου ανοίγματος και της ανύψωσης της βαλβίδας του μηχανισμού διανομής αερίου. Με απλά λόγια, αυτό είναι ένα σύστημα για την αλλαγή του χρονισμού του συγχρονισμού. Αυτός ο μηχανισμός εφευρέθηκε για έναν λόγο.

Είναι γνωστό ότι ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης με φυσική αναρρόφηση έχει εξαιρετικά περιορισμένες μέγιστες δυνατότητες εξόδου ισχύος και το λεγόμενο «ράφι» ροπής είναι τόσο σύντομο που ο κινητήρας λειτουργεί αποτελεσματικά μόνο σε ένα συγκεκριμένο εύρος στροφών. Φυσικά, η εγκατάσταση ενός στροβίλου λύνει το πρόβλημα εντελώς, αλλά ενδιαφερόμαστε για έναν ατμοσφαιρικό κινητήρα, ο οποίος είναι φθηνότερος στην κατασκευή και ευκολότερος στη λειτουργία.

Πίσω στη δεκαετία του '80 του περασμένου αιώνα, οι Ιάπωνες μηχανικοί της Honda άρχισαν να σκέφτονται πώς να κάνουν έναν κινητήρα υποσυμπύκνωσης να λειτουργεί αποτελεσματικά σε όλες τις λειτουργίες, να εξαλείφει τη «συνάντηση» από βαλβίδα σε κύλινδρο και να αυξάνει την ταχύτητα λειτουργίας στις 8000-9000 σ.α.λ.

Σήμερα, τα οχήματα της Honda είναι εξοπλισμένα με το σύστημα 3 Σειρών VTEC, το οποίο χαρακτηρίζεται από την παρουσία εξελιγμένων ηλεκτρονικών που είναι υπεύθυνα για τον αριθμό των χρόνων ανύψωσης και ανοίγματος βαλβίδας για τρεις τρόπους λειτουργίας (χαμηλή, μέση και υψηλή ταχύτητα)

Στο ρελαντί και στις χαμηλές στροφές, το σύστημα παρέχει εξοικονόμηση καυσίμου λόγω ενός άπαχου μείγματος και επιτυγχάνοντας μεσαίες και υψηλές ταχύτητες - μέγιστη ισχύ.

Παρεμπιπτόντως, η νέα γενιά "VTECH" επιτρέπει το άνοιγμα μιας από τις δύο βαλβίδες εισαγωγής, η οποία επιτρέπει την εξοικονόμηση καυσίμου σε κατάσταση πόλης.

Βασικές αρχές της εργασίας

Όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε χαμηλές και μεσαίες στροφές, η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του κινητήρα εσωτερικής καύσης διατηρεί την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα κλειστή, δεν υπάρχει πίεση λαδιού στα ροκ και οι βαλβίδες λειτουργούν κανονικά από την περιστροφή των κύριων εκκεντροφόρων εκκεντροφόρων.

Αφού φτάσει σε ορισμένες περιστροφές, στις οποίες απαιτείται μέγιστη έξοδος, το ECU στέλνει ένα σήμα στο σωληνοειδές, το οποίο, όταν ανοίγει, περνά λάδι υπό πίεση στην κοιλότητα των rockers, και μετακινεί τους πείρους, αναγκάζοντας τις ίδιες κάμερες να λειτουργήσουν που αλλάζουν το ύψος ανύψωσης βαλβίδας και το χρόνο ανοίγματος τους. 

Ταυτόχρονα, η ECM προσαρμόζει την αναλογία καυσίμου προς αέρα με την έγχυση ενός πλούσιου μίγματος στους κυλίνδρους για μέγιστη ροπή.

Μόλις μειωθεί η ταχύτητα του κινητήρα, η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα κλείνει το κανάλι λαδιού, οι ακίδες επιστρέφουν στην αρχική τους θέση και οι βαλβίδες λειτουργούν από τα πλαϊνά έκκεντρα.

Έτσι, η λειτουργία του συστήματος παρέχει το αποτέλεσμα μιας μικρής τουρμπίνας.

Ποικιλίες VTEC

Σε περισσότερα από 30 χρόνια χρήσης συστήματος, υπάρχουν τέσσερις τύποι VTEC:

•  DOHC VTEC;
•  SOHC VTEC;
•  i-VTEC;
•  SOHC VTEC-Ε.

Παρά την ποικιλία των συστημάτων ελέγχου διαδρομής χρόνου και βαλβίδας, η αρχή λειτουργίας είναι η ίδια, διαφέρει μόνο το σχέδιο σχεδίασης και ελέγχου.

Σύστημα DOHC VTEC

Το 1989, δύο τροποποιήσεις του Honda Integra κυκλοφόρησαν για την εγχώρια ιαπωνική αγορά - XSi και RSi. Ο κινητήρας των 1.6 λίτρων ήταν εξοπλισμένος με VTEC και η μέγιστη ισχύς ήταν 160 ίπποι. Αξιοσημείωτο είναι ότι ο κινητήρας στις χαμηλές στροφές χαρακτηρίζεται από καλή απόκριση στο γκάζι, απόδοση καυσίμου και φιλικότητα προς το περιβάλλον. Παρεμπιπτόντως, αυτός ο κινητήρας εξακολουθεί να παράγεται, μόνο σε μια εκσυγχρονισμένη έκδοση.

Δομικά, ο κινητήρας DOHC είναι εξοπλισμένος με δύο εκκεντροφόρους άξονες και τέσσερις βαλβίδες ανά κύλινδρο. Κάθε ζεύγος βαλβίδων είναι εξοπλισμένο με τρία ειδικά διαμορφωμένα έκκεντρα, δύο εκ των οποίων λειτουργούν σε χαμηλές και μεσαίες ταχύτητες και η κεντρική είναι «συνδεδεμένη» σε υψηλές ταχύτητες.

Τα δύο εξωτερικά έκκεντρα επικοινωνούν απευθείας με τις βαλβίδες μέσω του rocker, ενώ το κεντρικό έκκεντρο λειτουργεί σε αδράνεια έως ότου επιτευχθεί ένα συγκεκριμένο RPM.

Οι πλευρικές κάμερες εκκεντροφόρου άξονα κατασκευάζονται σε τυπικό ελλειψοειδές σχήμα, αλλά παρέχουν αποδοτικότητα καυσίμου μόνο σε χαμηλές στροφές. Όταν η ταχύτητα αυξάνεται, το μεσαίο έκκεντρο, υπό την επίδραση της πίεσης λαδιού, ενεργοποιείται και λόγω του πιο στρογγυλεμένου και μεγαλύτερου σχήματος, ανοίγει τη βαλβίδα στην απαιτούμενη στιγμή και σε μεγαλύτερο ύψος. Λόγω αυτού, βελτιώνεται η πλήρωση του κυλίνδρου, παρέχεται ο απαραίτητος καθαρισμός και το μείγμα καυσίμου-αέρα καίγεται με μέγιστη απόδοση.

Σύστημα SOHC VTEC

Η εφαρμογή του VTEC ανταποκρίθηκε στις προσδοκίες των Ιαπώνων μηχανικών και αποφάσισαν να συνεχίσουν να αναπτύσσουν την καινοτομία. Τώρα αυτοί οι κινητήρες είναι άμεσοι ανταγωνιστές σε μονάδες με στρόβιλο και ο πρώτος είναι δομικά απλούστερος και φθηνότερος στη λειτουργία.

Το 1991, VTEC εγκαταστάθηκε επίσης στον κινητήρα D15B με σύστημα διανομής αερίου SOHC, και με μέτριο όγκο 1,5 λίτρων, ο κινητήρας «παρήγαγε» 130 ίππους. Ο σχεδιασμός της μονάδας ισχύος παρέχει έναν μόνο εκκεντροφόρο άξονα. Κατά συνέπεια, οι κάμερες βρίσκονται στον ίδιο άξονα.

Η αρχή της λειτουργίας του απλοποιημένου σχεδιασμού δεν διαφέρει πολύ από τις άλλες: χρησιμοποιεί επίσης τρία έκκεντρα για ένα ζεύγος βαλβίδων και το σύστημα λειτουργεί μόνο για τις βαλβίδες εισαγωγής, ενώ οι βαλβίδες εξαγωγής, ανεξάρτητα από την ταχύτητα, λειτουργούν στην τυπική γεωμετρική και χρονική λειτουργία.

Ο απλοποιημένος σχεδιασμός έχει τα πλεονεκτήματά του στο ότι ένας τέτοιος κινητήρας είναι πιο συμπαγής και ελαφρύτερος και αυτό είναι σημαντικό για τη δυναμική απόδοση του αυτοκινήτου και τη διάταξη του αυτοκινήτου στο σύνολό του. 

Σύστημα I-VTEC

Σίγουρα γνωρίζετε αυτοκίνητα όπως το Honda Accord 7ης και 8ης γενιάς, καθώς και το crossover CR-V, τα οποία είναι εξοπλισμένα με κινητήρες με το σύστημα i-VTEC. Σε αυτήν την περίπτωση, το γράμμα «i» σημαίνει τη λέξη «έξυπνη», δηλαδή «έξυπνη». Σε σύγκριση με την προηγούμενη σειρά, μια νέα γενιά, χάρη στην εισαγωγή μιας πρόσθετης λειτουργίας VTC, η οποία λειτουργεί συνεχώς, ελέγχοντας πλήρως τη στιγμή που οι βαλβίδες αρχίζουν να ανοίγουν.

Εδώ, οι βαλβίδες εισαγωγής όχι μόνο ανοίγουν νωρίτερα ή αργότερα και σε ένα ορισμένο ύψος, αλλά ο εκκεντροφόρος άξονας μπορεί επίσης να περιστραφεί με μια συγκεκριμένη γωνία χάρη στο παξιμάδι ταχυτήτων που ασφαλίζει τον ίδιο εκκεντροφόρο άξονα. Σε γενικές γραμμές, το σύστημα εξαλείφει τις ροπές ροπής, παρέχει καλή επιτάχυνση, καθώς και μέτρια κατανάλωση καυσίμου.

Σύστημα SOHC VTEC-E

Η επόμενη γενιά του "VTECH" εστιάζει στην επίτευξη της μέγιστης οικονομίας καυσίμου. Για να κατανοήσουμε τη λειτουργία του VTEC-E, ας στραφούμε στη θεωρία του κινητήρα με τον κύκλο Otto. Έτσι, το μείγμα αέρα-καυσίμου λαμβάνεται με ανάμιξη αέρα και βενζίνης στην πολλαπλή εισαγωγής ή απευθείας στον κύλινδρο. Μεταξύ άλλων, σημαντικός παράγοντας στην απόδοση καύσης του μείγματος είναι η ομοιομορφία του.

Σε χαμηλές ταχύτητες, ο βαθμός εισαγωγής αέρα είναι μικρός, πράγμα που σημαίνει ότι η ανάμιξη καυσίμου με αέρα είναι αναποτελεσματική, πράγμα που σημαίνει ότι αντιμετωπίζουμε ασταθή λειτουργία του κινητήρα. Για να διασφαλιστεί η ομαλή λειτουργία της μονάδας ισχύος, ένα εμπλουτισμένο μείγμα εισέρχεται στους κυλίνδρους.

Το σύστημα VTEC-E δεν διαθέτει πρόσθετες κάμερες στο σχεδιασμό, επειδή στοχεύει αποκλειστικά στην οικονομία καυσίμου και τη συμμόρφωση με υψηλά περιβαλλοντικά πρότυπα. 

Επίσης, ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του VTEC-E είναι η χρήση έκκεντρων διαφόρων σχημάτων, εκ των οποίων το ένα είναι τυπικό σχήμα και το δεύτερο είναι οβάλ. Έτσι, μια βαλβίδα εισαγωγής ανοίγει στην κανονική περιοχή και η δεύτερη μόλις ανοίγει. Μέσω μιας βαλβίδας, το μείγμα καυσίμου-αέρα εισέρχεται πλήρως, ενώ η δεύτερη βαλβίδα, λόγω της χαμηλής απόδοσης της, δίνει ένα φαινόμενο στροβιλισμού, που σημαίνει ότι το μείγμα θα καεί με πλήρη απόδοση. Μετά τις 2500 rpm, η δεύτερη βαλβίδα αρχίζει επίσης να λειτουργεί, όπως η πρώτη, κλείνοντας το έκκεντρο με τον ίδιο τρόπο όπως στα συστήματα που περιγράφονται παραπάνω.

Παρεμπιπτόντως, το VTEC-E στοχεύει όχι μόνο στην οικονομία, αλλά και 6-10% πιο ισχυρό από τους απλούς ατμοσφαιρικούς κινητήρες, λόγω ενός μεγάλου εύρους ροπής. Επομένως, δεν είναι μάταια, ταυτόχρονα, η VTEC έγινε σοβαρός ανταγωνιστής των κινητήρων με υπερσυμπιεστή.

Σύστημα SOHC VTEC 3 σταδίων

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του 3 σταδίου είναι ότι το σύστημα στοχεύει στη λειτουργία VTEC σε τρεις τρόπους, με απλά λόγια - οι μηχανικοί συνδύασαν τρεις γενιές VTEC σε μία. Οι τρεις τρόποι λειτουργίας είναι οι εξής:

• σε χαμηλές στροφές κινητήρα, η λειτουργία του VTEC-E αντιγράφεται πλήρως, όπου ανοίγει πλήρως μία από τις δύο βαλβίδες.
• σε μεσαία ταχύτητα, δύο βαλβίδες πλήρως ανοιχτές.
• στις υψηλές στροφές, το κεντρικό έκκεντρο εμπλέκεται, ανοίγοντας τη βαλβίδα στο μέγιστο ύψος.

Ένα πρόσθετο σωληνοειδές έχει σχεδιαστεί για λειτουργία τριών τρόπων.

Έχει αποδειχθεί ότι ένας τέτοιος κινητήρας, με σταθερή ταχύτητα 60 km / h, έδειξε κατανάλωση καυσίμου 3.6 λίτρα ανά 100 km.

Με βάση την περιγραφή του VTEC, αυτό το σύστημα προορίζεται να θεωρηθεί αξιόπιστο, καθώς υπάρχουν λίγα σχετικά μέρη στο σχεδιασμό. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι η διατήρηση της πλήρους λειτουργίας ενός τέτοιου κινητήρα πρέπει να προχωρήσει από την έγκαιρη συντήρηση, καθώς και από τη χρήση λαδιού κινητήρα με συγκεκριμένο ιξώδες και μια πρόσθετη συσκευασία. Επίσης, ορισμένοι ιδιοκτήτες δεν υπονοούν ότι η VTEC διαθέτει τα δικά της φίλτρα πλέγματος, τα οποία επιπλέον προστατεύουν τα σωληνοειδή και τις κάμερες από βρώμικο λάδι, και αυτές οι οθόνες πρέπει να αλλάζονται κάθε 100 χλμ.

Ερωτήσεις και απαντήσεις:

Τι είναι το i VTEC και πώς λειτουργεί; Είναι ένα ηλεκτρονικό σύστημα που αλλάζει το χρονισμό και το ύψος του χρονισμού της βαλβίδας. Είναι μια τροποποίηση ενός παρόμοιου συστήματος VTEC που αναπτύχθηκε από τη Honda.

Ποια είναι τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού και πώς λειτουργεί το σύστημα VTEC; Δύο βαλβίδες υποστηρίζονται από τρία έκκεντρα (όχι δύο). Ανάλογα με τη σχεδίαση του ιμάντα χρονισμού, τα εξωτερικά έκκεντρα έρχονται σε επαφή με τις βαλβίδες μέσω παλινδρόμων, βραχιόνων παλινδρόμησης ή ώθησης. Σε ένα τέτοιο σύστημα, υπάρχουν δύο τρόποι λειτουργίας του χρονισμού της βαλβίδας.