Системы VTC/VTEC на HONDA двигателях К20,К24

Система изменения фаз газораспределения (VTC)
Система изменения фаз газораспределения (VTC - Variable Timing Control)
позволяет изменять фазы газораспределения в зависимости от условий работы,
для получения максимальной мощности и уменьшение токсичности отработавших газов.Система VTC изменяет фазы газораспределения посредством изменения углового положения распределительного вала впускных клапанов.

Основным отличием от системы VTEC, которая также изменяет фазы газораспределения, является то, что система VTC изменяет фазы газораспределения постоянно, в зависимости от условий работы.

На рисунке "Регулирование фазами газораспределения системой VTC", наглядно представлено, что момент открытия впускного клапана изменяется на 50 градусов в сторону опережения. Эта величина, может варьироваться в пределах 25-50 градусов, так на автомобилях Honda Integra это 50 градусов, на Honda Element 25 градусов.

Регулирование фазами газораспределения системой VTC
 

Работа системы VTC

 

Схема системы изменения фаз газораспределения (VTC):1 - шкив коленчатого вала, 2 - датчик положения коленчатого вала, 3 - распределительный вал выпускных клапанов, 4 - задатчик, 5 - датчик положения распределительного вала выпускных клапанов, 6 - датчик положения распределительного вала впускных клапанов, 7 - распределительный вал впускных клапанов, 8 - сигнал датчика положения распределительного вала, 
9 - сигнал датчика положения коленчатого вала.

При большом угле перекрытия клапанов, уменьшаются насосные потери, в результате увеличивается топливная экономичность. Также имеет место "эффект рециркуляции отработавших газов" (EGR effect)*, в результате чего уменьшается температура сгорания в соответствии с увеличением доли отработавших газов, что приводит к уменьшению выбросов окислов азота (NOx) и углеводородов (НС). 
* - EGR effect, в данном случае можно соотнести с термином остаточных газов. Данный эффект достигается организацией закрутки потоков, таким образом, чтобы часть отработавших газов поступала обратно в камеру сгорания.

На режимах холостого хода система управления уменьшает перекрытие клапанов, для стабильности сгорания и уменьшения частоты вращения.

В случае неисправности системы VTEC, управление системой VTC прекращается, и газораспределительный механизм работает по обычной классической схеме.
Фазы газораспределения впускных клапанов регулируются по программе, заложенной в блоке управления. Регулировка осуществляется с помощью муфты системы изменения фаз газораспределения (VTC), установленной на распределительном вале впускных клапанов и электропневмоклапана системы изменения фаз газораспределения (VTC). В зависимости от необходимости увеличения или уменьшения времени открытия впускных клапанов электропневмоклапан подает масло под давлением в отверстие для управления опережением или в отверстие для управления запаздыванием в муфте (рисунок "Работа системы VTC"). Муфта действует на распределительный вал выпускных клапанов, в результате чего впускные клапана открываются либо раньше, либо позже.

Система изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапанов (VTEC)
Касаясь истории, система VTEC была внедрена в двигатели Honda с двумя распределительными валами (DOHC) в 1989 году и нашла применение почти на всех сериях двигателей и получает свое техническое развитие и применение на самых последних автомобилях Honda.

Первые поколения систем VTEC изменяли продолжительность открытия клапанов и высоту подъема клапанов. Как правило, система управляла впускными клапанами, и аббревиатура VTEC понималась, как система изменения фаз газораспределения и высоты подъема впускных клапанов (Variable Intake Timing and Lift). Данная система позволяла получить увеличение мощности на высокой частоте вращения и экономичности на низкой частоте вращения.

Дальнейшее развитие системы, применяемой на двигателях серии K20, K24 позволило улучшить показатели топливной экономичности, экологичности и достигать максимальной мощности. Система получила название i-VTEC, система изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапанов (Variable valve Timing and lift Electronic Control). Здесь надо понимать, что систему изменения высоты подъема клапанов дополняет система изменения фаз газорас-пределения (VTC):  

i-VTEC = VTEC + VTC

 

Система i-VTEC впервые серийно была установлена на двигатели серии К20, а первый серийный автомобиль, на который в 2001 году был установлен этот двигатель Honda Stream, а с 2001 года устанавливались на Honda Civic Type R, Honda Integra и другие. Совместное управление системами VTC и VTEC показано на рисунке и в таблице:

          

"Совместное управление системами VTC и VTEC"
 

Таблица. Совместное управление системами VTС и VTEC

 

Режим	№	Функции	VTC
Холостой ход	1	Перекрытие клапанов уменьшается для минимизации обратного выброса отработавших газов во впускной канал	Начальный угол открытия впускного клапана (позднее открытие)
Средняя  нагрузка	2	Перекрытие клапанов увеличивается, при этом снижаются "насосные" потери и часть отработавших газов поступает на впуск	Изменения угла открытия впускного клапана в сторону опережения
Большая нагрузка	3	Перекрытие клапанов оптимизируется по углу поворота, для улучшения пополнения и обеспечения кривой крутящего момента	Максимальный угол опережения открытия впускного клапана

Однако, даже здесь, применительно к двигателям одной серии установлены немного разные системы VTEC, поэтому в данном контексте будет рассмотрена система VTEC двигателей серии K20 и K24. Система VTEC позволяет изменять угол перекрытия клапанов и высоту подъема клапанов, в зависимости от оборотов коленчатого вала и нагрузки на двигатель. 

Система VTEC используемая на более экономичных современных автомобилях, позволяет изменять высоту подъема только у клапанов распределительного вала впускных клапанов. На автомобилях, с более высокими показателями мощности система VTEC может изменять высоту подъема как у впускных, так и выпускных клапанов, что показано на рисунке "Работа системы VTEC."

Основными элементами на которых базируется идеология системы VTEC, является распределительный вал c несколькими кулачками на один клапан или пару клапанов и коромысла, обегающие каждый кулачок распределительного вала.

На рисунке "Коромысла системы VTEC" и приведенных выше, показаны распределительные валы и кулачки. Надо отметить, что число клапанов на цилиндр равно четырем, где используются два впускных и два выпускных клапана. Рассмотрим более детально работу системы VTEC каждого типа.

Тип 1. (2 кулачка на распределительном валу впускных клапанов)
При низкой частоте вращения коленчатого вала каждое коромысло обегает профиль своего кулачка: первичное коромысло - первичный кулачок, вторичное коромысло - вторичный кулачок. Так как кулачки на распределительном валу имеют разную высоту, то ходы клапанов различны. При этом высота первичного кулачка больше высоты вторичного кулачка.
 

1 - первичное коромысло, 2 - вторичное коромысло, 3 - ось коромысел, 4 - пружина, 5 - синхронизирующий палец.

На высокой частоте вращения, для увеличения хода второго впускного клапана, в первичное коромысло из системы смазки, посредством управления, электропневмоклапан системы VTEC подает под давлением моторное масло, синхронизирующий палец выдвигается и фиксируется во вторичном коромысле. Первичное и вторичные коромысла начинают работать совместно по профилю большего кулачка. В результате оба клапана работают синхронно и ход клапанов одинаковый.
 

 

1 - первичное коромысло, 2 - вторичное коромысло, 3 - ось коромысел, 4 - синхронизирующий палец, 5 - моторное масло.

Тип 2. (3 кулачка на распределительных валах впускных и выпускных клапанов)
На низкой частоте вращения коленчатого вала каждое коромысло обегает профиль своего кулачка: первичное коромысло - первичный кулачок, вторичное коромысло - вторичный кулачок, среднее коромысло работает по среднему кулачку. Таким образом, средний кулачок не оказывает никакого действия на работу обоих впускных клапанов, можно сказать что работает "вхолостую". В зависимости от инженерных решений, первичный и вторичные кулачки могут быть как одинаковыми, обеспечивающие одинаковые хода клапанов на данном режиме, так и отличающиеся, с разной высотой кулачков. Ход клапанов на режиме малых частот вращения меньше хода, при работе двигателя на высоких частотах вращения, когда кулачки совместно работают по большему профилю среднего кулачка. Поэтому иногда встречается обозначение кулачков "Low" и "High".
 

1 - первичное коромысло, 2 - среднее коромысло, 3 - вторичное коромысло.

 

        

Тип 1. (2 кулачка на распределительном валу впускных клапанов).

        

Тип 2. (3 кулачка на распределительных валах впускных и выпускных клапанов)

Работа системы VTEC

1 - распределительный вал, 2 - первичный кулачок, 3 - средний кулачок, 4 - вторичный кулачок, 5 - ось коромысел, 6 - пружина, 7, 9 - синхронизирующий палец, 8 - среднее коромысло, 10 - моторное масло, 11 - первичное коромысло.

На высокой частоте вращения, что бы коромысла работали совместно, в первичное коромысло (11) из системы смазки (10) посредством управления электропневмоклапан системы VTEC подает под давлением моторное масло, синхронизирующие пальцы (9) и (7) выдвигается и фиксируется в среднем (8) и во вторичном коромыслах, соответственно. 
 

Тип 1. (2 кулачка на распределительном валу впускных клапанов).

 

 
Тип 2. (3 кулачка на распределительных валах впускных и выпускных клапанов).
Коромысла системы VTEC. 1 - ролики, 2 - первичное коромысло, 3 - вторичное коромысло, 4 - синхронизирующий палец, 5 - среднее коромысло.

Первичное и вторичные коромысла начинают работать по профилю среднего - большего кулачка. В результате клапана имеют одинаковый ход и работают по профилю среднего кулачка. В этом случае первичное и вторичное коромысла работают "вхолостую".

Микитенко Андрей
Бушин Сергей