Subkategoria 2
[PM] System VTEC
- Drukuj
- 26 lis 2013
- PORADY MOTORYZACYJNE
- 16226 czytań
- 0 komentarzy
Firma Honda specjalizuje się w systemie zmiennych faz rozrządu i jest w tej kategorii motoryzacji na 1 miejscu w świecie. Najnowszym produktem Hondy jest silnik i-VTEC który dodatkowo steruje wyprzedzeniem kąta wałka ssącego (VTC). System VTEC zmienia fazę rozrządu od 2700 obr/min. do ponad 5600 obr/min. w zależności od implementacji (SOHC VTEC, DOHC VTEC, VTEC-E, i-VTEC).
Silników VTEC wykonywane są w wysokociśnieniowej technologii odlewniczej przyspieszającej proces produkcji. Aluminium zawiera włókna krzemowe podwyższające wytrzymałość odlewu, co pozwala nieco skrócić silnik i podwyższyć jego sztywność, a w wyniku otrzymać więcej miejsca pod maską i mniej hałasu. Tak zwana otwarta struktura bloku oznacza istotnie uproszczenie procesu odlewniczego. Teoretycznie powinno to powodować spadek sztywności silnika, ale dzięki zastosowaniu zaawansowanych analiz komputerowych udało się uniknąć tego zjawiska. Ścianki bloku tego silnika schodzą poniżej osi łożysk wału korbowego. Stosuje się też bardzo sztywne, aluminiowe pokrywy łożysk.
Można zaliczyć do jednostek długoskokowych, co przyczynia się do zredukowania długości silnika i poprawia jego charakterystykę w zakresie niskich prędkości obrotowych. Jest to najbardziej zaawansowany technologicznie kawałek metalu, z jakim można się spotkać w codziennym życiu. Tuleje cylindrowe silnika wykonano bowiem z kompozytu FRM, czyli aluminium wzmacnianego włóknami węglowymi. Takie rozwiązanie pozwala na znacznie szybsze odprowadzanie ciepła, niż w przypadku typowych tulei cylindrowych odlewanych z żeliwa. W rezultacie można istotnie zmniejszyć wymiary silnika, bądź znacznie podnieść jego moc, bądź - jak w tym przypadku - zachowując moc i wymiary podwyższyć trwałość silnika. Dodatkowe korzyści płynące z tej technologii to większa odporność na zużycie i mniejsza masa silnika.
Na wypadek nietypowych, awaryjnych przeciążeń cieplnych silnika, zastosowano rozwiązanie po raz pierwszy sprawdzone przez Hondę w turbodoładowanych silnikach Formuły 1: zestaw dysz natryskujących olej na denka tłoków, celem ich ochłodzenia.
Silnik VTEC wyposażono w całkowicie pływające tłoki (znane już z Hondy Legend), co pozwoliło zmniejszyć wysokość tłoka nad osią korbowodu, a dzięki temu zredukować hałasy wywołane tak zwanym przekładaniem się tłoka.
Silniki znane z Accorda i Prelude zyskały sobie sławę jednostek czterocylindrowych przewyższających miękkością pracy wiele silników V-6. Taki efekt osiągnięto stosując dwa wałki wyrównoważające siły bezwładności drugiego rzędu. Wałki umieszczono w bloku po obu stronach wału korbowego nieco powyżej jego osi. Wałki napędzane paskiem zębatym obracają się dwa razy szybciej od wału korbowego. System ten pozwala na bardzo skuteczną redukcję drgań silnika przy średnich i wysokich obrotach, czyli typowych dla silnika warunkach pracy.
Silnik posiada po dwa zawory ssące i dwa wydechowe w każdym z 4 cylindrów. System VTEC w tej wersji steruje tylko pracą zaworów ssących, zawory wydechowe działają tak, jak w innych silnikach 16 zaworowych.
Każdy z 8 zaworów silnika VTEC posiada oddzielną krzywkę i dźwignię do pracy przy małych i średnich prędkościach obrotowych. Jeden z dwóch zaworów dolotowych każdego z cylindrów otwiera się tylko na tyle, by uniknąć przegrzewania się gniazd zaworowych. Drugi z zaworów ma również skrócony skok, co powoduje nadanie dużej prędkości zasysanej mieszance. Zawirowanie jest tak duże, że umożliwia spalanie mieszanki o zubożonym składzie.
Jeśli warunki pracy wskazują, że potrzebna jest większa moc wyjściowa, to komputer sterujący pracą silnika otwiera zawór elektromagnetyczny, doprowadzając do dźwigni zaworowych olej pod ciśnieniem. Dźwignie zaworów dolotowych każdego z cylindrów zostają dzięki temu spięte w jeden mechanizm, a do pracy wchodzi trzecia środkowa dźwignia zaworowa. Oba zawory dolotowe zaczynają wtedy pracować, w typowy dla wysoko wysilonych silników szybkoobrotowych. Jednocześnie mieszanka paliwowo - powietrzna zostaje wzbogacona do składu stechiometrycznego.
Moment zmiany trybu pracy zależy od obciążenia silnika: następuje on przy 2700 obr/min przy pełnym otwarciu przepustnicy, a przy spokojnej, delikatnej jeździe spalanie ubogiej mieszanki jest kontynuowane aż do 3300 obr/min.
System DOHC VTEC pozwala jednocześnie podwyższyć moc maksymalną, poprawić elastyczność na niskich obrotach, zapewnić znakomite osiągi, utrzymać w ryzach zużycie paliwa i nadać silnikowi niepowtarzalne brzmienie wywołujące ciarki na plecach.
Celem stosowania systemu VTEC jest jak najlepsze napełnienie cylindrów mieszanką paliwowo - powietrzną w całym zakresie prędkości obrotowych silnika. Wiadomo, że przy wysokich obrotach silnika, zawory powinny pozostawać otwarte przez dłuższą część obrotu wału korbowego, by dać mieszance, a później spalinom dość czasu na pokonanie sił bezwładności. Niestety, fazy rozrządu dostosowane do wysokich obrotów silnika powodują problemu przy niskich i średnich obrotach. Mieszanka paliwowo - powietrzna ma wtedy tendencję do uciekania z cylindra, a już wypchnięte spaliny wpływają z powrotem do komory spalania. Idealnym rozwiązaniem byłyby więc inne fazy otwarcia zaworów przy niższych , inne przy wyższych obrotach silnika - i właśnie to zapewnia system DOHC VTEC.
Dla każdego z 16 zaworów silnika DOHC VTEC zastosowano oddzielną krzywkę i dźwignię zaworową do pracy przy małych i średnich prędkościach obrotowych nie przekraczających 2700 - 3500 obr/min. Zawory mają stosunkowo krótkie czasy otwarcia i ograniczony skok. Dodatkowo, jeden z dwóch zaworów dolotowych każdego z cylindrów zaczyna otwierać się nieco później, co powoduje lepsze zawirowanie mieszanki.
Po przekroczeniu pewnej prędkości obrotowej (zależnej od obciążenia silnika, otwarcia przepustnicy i temperatury płynu chłodzącego), komputer sterujący pracą silnika otwiera zawór elektromagnetyczny, doprowadzając do dźwigni zaworowych olej pod ciśnieniem. Dźwignie par zaworów dolotowych i wylotowych każdego z cylindrów zostają dzięki temu spięte w jeden mechanizm, a do pracy wchodzi trzecia, środkowa dźwignia zaworowa. Zawory zaczynają wtedy otwierać się nieco wcześniej, zamykać nieco później, a ich skok jest w każdej chwili większy niż poprzednio - jest to podstawową zasadą działania systemu VTEC. Warto dodać, że przejście z jednego trybu pracy rozrządu w drugi jest praktycznie nie do zauważenia dla kierowcy.
Niekiedy stosuje się w parze zmienna geometrię kanałów dolotowych. Gdy silnik przekracza 4800 obr/min, otwiera się dodatkowy kanał powietrzny, zaspokajając rosnący apetyt jednostki napędowej. Takie rozwiązanie pozwala utrzymać odpowiednio dużą prędkość zasysanego powietrza w pełnym zakresie prędkości obrotowych.
VTEC jest jednym z największych wynalazków Hondy. Pomimo, że Honda jest bezdyskusyjnym ekspertem w turbodoładowaniu, czego dowiodła podczas okresu swojej dominacji w F1, inżynierowie Hondy uważają, że turbodoładowanie ma wiele wad, głównie duże spalanie, które nie czynią tej technologii zbyt odpowiednią do użytku codziennego. Podczas prac nad mniejszymi silnikami doszli oni do wniosku, że silniki o małej pojemności i wysokiej mocy najlepiej zdają egzamin w codziennej jeździe.
Dlatego też Honda opracowała system VTEC, który pozwala na osiąganie mocy porównywalnej z silnikami turbodoładowanymi w silnikach wolnossących oraz uniknięciu wad typowych dla technologii turbo (choć VTEC ma również swoje wady).
Podstawowy mechanizm VTEC
Podstawowy mechanizm wykorzystywany w technologii VTEC to hydraulicznie sterowana ruchoma podkładka. Jest ona popychana w poziomie pod wpływem ciśnienia hydraulicznego w celu spięcia razem przylegających krzywek. Podkładka powraca do swego pierwotnego położenia przy pomocy sprężyny.
Nie będziemy tu opisywać szczegółowo mechanizmu VTEC. Opiszemy jedynie podstawowe zasady działania, co pomoże nam w dalszej części wyjaśnić różne implementacje systemu VTEC.
VTEC używa mechanizmu sterowania podkładką w celu połączenia dźwigni "łagodniejszej" krzywki z dźwignią krzywki "sportowej". Teraz obie dźwignie pracują jako jedna. Tak zespolona dźwignia napędzana jest krzywką o "sportowym" profilu po lewej stronie. Taka jest w dużym skrócie zasada działania systemu VTEC we wszystkich silnikach Hondy.
Obecnie Honda stosuje system VTEC w 4 różnych konfiguracjach. W dalszej części opisu zajmiemy się opisem tych różnych implementacji.
Przeanalizujmy diagram typowego silnika DOHC PGM-Fi Hondy pozbawionego VTECa. W tym przypadku jest to silnik ZC DOHC o pojemności 1590cc. Należy zauważyć, że każda para krzywka/dźwignia znajduje się w pewnej odległości od drugiej pary, nie przylega do niej ściśle.
W implementacji DOHC VTEC Honda włożyła dodatkową parę krzywka/dźwignia pomiędzy pary dolotowe i wylotowe. Wszystkie trzy pary przylegają do siebie. Nowa środkowa krzywka posiada profil "sportowy", niemalże wyścigowy. Przy użyciu VTEC można dowolnie sterować załączaniem się zarówno krzywek "łagodnych" jak i krzywki "sportowej".
Uwaga: Pomimo, że ZC i B16A dobrze ilustrują różnicę pomiędzy zwykłym DOHC a DOHC VTEC, to silnik B16A nie jest zmodyfikowanym silnikiem ZC. Posiadają one różne średnice i skoki tłoków. To samo dotyczy silników B18A oraz B18C używanych w japońskich wersjach Integry.
Implementacja DOHC VTEC osiąga bardzo wysokie moce. Pierwszy wyprodukowany silnik B16A osiągał moc 160KM a teraz osiąga 170KM. W super stuningowanym silniku B16B używanym w japońskiej wersji nowej serii EK Civica Type-R osiągnięto 185KM przy ten samej pojemności 1595cc.
DOHC VTEC dorównuje pod względem mocy turbodoładowanym silnikom przy normalnej jeździe ulicznej. Np. E-DC2 Integra Si-VTEC osiąga 180KM z silnika DOHC VTEC B18C o pojemności 1797cc. Ma on większą moc niż turbodoładowany silnik z intercoolerem 1,8l RPS-13 w Nissanie 180SX, który osiąga moc 175KM.
Alternatywna implementacją VTEC w celu uzyskania wysokich (w przeciwieństwie do bardzo wysokich) mocy jest SOHC VTEC. Silniki SOHC VTEC często są mylnie odbierane jako zubożali krewni silników DOHC VTEC ale nie jest to prawdą. Głowica silnika SOHC ma przewagę nad głowicą DOHC pod względem rozmiarów (jest węższa) oraz wagi. Dla mniej wygórowanych wymagań preferowane są silniki SOHC. SOHC VTEC jest implementacją VTEC w celu uzyskania wysokiej mocy w silnikach SOHC. Przeanalizujcie diagram standardowego zestawu krzywek i dźwigni w silniku SOHC. Proszę zauważyć, że dźwignie zaworów dolotowych są oddzielone lecz przyległe do siebie.
Proszę zauważyć, że dwie dźwignie zaworów wylotowych są oddzielone dwiema dźwigniami zaworów dolotowych oraz "tunelem" na kabel do świec. To dlatego Honda zdecydowała się zastosować VTEC tylko na zaworach dolotowych.
Silniki SOHC VTEC są wersjami standardowych silników SOHC przystosowanymi do uzyskiwania wyższej mocy. Silnik D15B stosowany w modelach VTi Civic/Civic Ferio (seria EG, 1991-1995) uzyskuje 130KM z pojemności 1493 cc. Proszę zwrócić uwagę, że taka moc jest najczęściej kojarzona z silnikami 1,6l DOHC lub nawet mniej wysilonymi silnikami 1,8l DOHC!
Zupełnie nową implementacją VTECa w silnikach SOHC jest VTEC-E (E jak ekonomia). W silnikach VTEC-E zastosowano zawirowanie mieszanki co pozwala na wydajniejsze wymieszanie powietrza z paliwem w komorze silnika. VTEC-E działa poprzez wyłączenie jednego zaworu dolotowego. Proszę przeanalizować poniższy diagram.
W silniku SOHC VTEC-E na wałku znajduje się tylko jedna krzywka dolotowa. W rzeczywistości jest to płaski pierścień. W działaniu objawia się to w ten sposób, że odpowiadająca jej dźwignia nie jest aktywna, przez co silnik pracuje jakby miał 12 zaworów. Powoduje to zawirowanie mieszanki podczas cyklu ssania. VTEC uruchamia nieaktywne zawory przy wyższych obrotach powodując przejście do cyklu 16-zaworowego. Hondzie udało się uzyskać w VTEC-E stosunek powietrza do paliwa większy niż 20:1 podczas pracy silnika w trybie 12-zaworowym. Civic ETi serii EG z silnikiem SOHC VTEC spala nawet poniżej 5l/100km!
SOHC VTEC, którego głównym zadaniem jest zwiększenie mocy jest często mylnie kojarzony z SOHC VTEC-E, który zapewnia przede wszystkim niskie spalanie. Warto zauważyć, że silnik 1,5l SOHC VTEC stosowany w japońskiej wersji Civica ETi osiąga moc 92KM. Jest to rzeczywiście mniej niż osiąga standardowy silnik SOHC, który uzyskuje 100KM. Silnik SOHC VTEC D15B osiąga 130KM i jest to o 30% więcej niż zwykły silnik SOHC!
Sprytni inżynierowie Hondy uznali, że kolejnym krokiem naprzód będzie połączenie SOHC VTEC i SOHC VTEC-E w jeden system. Takie rozwiązanie jest podstawą 3-stopniowego VTECa. Został on zastosowany w silniku 1,5l SOHC, gdzie mechanizm VTEC-E jest połączony z mechanizmem VTEC.
Prawdopodobnie wielu z nas śmiało się z laików i ignorantów, którzy wymagali od swoich Hond zarówno mocy jak i oszczędności w spalaniu . Przecież wiemy, że te dwie cechy wzajemnie się wykluczają. Honda zdecydowała się nie podlegać tej regule. Teraz, przy zastosowaniu 3-stopniowego VTECa, mamy zarówno moc jak i oszczędne spalanie!
Powyższe rysunki przedstawiają działanie 3-stopniowego VTECa. Dźwignie zaworów dolotowych posiadają 2 mechanizmy ruchomej podkładki. System sterowania VTEC-E znajduje się powyżej wałka rozrządu podczas, gdy system sterowania VTEC składa się ze standardowej "sportowej" krzywki oraz dźwigni.
Poniżej 2500 rpm i przy łagodnym przyspieszaniu żadna z podkładek nie jest uruchamiana. Silnik pracuje wtedy w bardzo oszczędnym trybie 12-zaworowym. Kiedy prawa stopa staje się cięższa i przekroczone zostaje 2500 rpm, uruchomiona zostaje górna podkładka. Załącza się wtedy system VTEC-E i silnik przechodzi do drugiej fazy pracy. Teraz silnik D15B pracuje w trybie 16-zaworowym (obydwa zawory dolotowe sterowane są krzywką o łagodnym profilu).
Faza 2 działa w zakresie od 2500 do 6000 rpm. Kiedy obroty przekraczają wartość 6000 system VTEC uruchamia "sportową" krzywkę, przełączając silnik w 3 fazę pracy. Teraz silnik ma do dyspozycji pełne 130KM!
Silnik D15B z 3-stopniowym systemem VTEC jest obecnie stosowany w japońskich wersjach Civic/Civic Ferio VTi/Vi serii EK razem z nową bezstopniową przekładnią Hondy Multimatic CVT. Faza 1 (12-zaworowa) jest wskazywana przez diodę w desce rozdzielczej. Przejście z fazy oszczędnej do normalnej nie zawsze następuje przy 2500 rpm w zależności od obciążenia i wymagań kierowcy. Przy łagodnej jeździe faza oszczędna może trwać do 3000 rpm lub wyżej. Faza 3 może w ogóle nie być uruchamiana. Przekładnia Multimatic ma możliwość wyboru trybu jazdy: oszczędnego, normalnego i sportowego. W trybie oszczędnym silnik nie przekracza 4800 rpm, nawet przy maksymalnym otwarciu przepustnicy.
Esencją 3-stopniowego VTECa jest moc i oszczędność, co widać na przykładzie silnika 1.5l SOHC PGM-Fi. Wielu ludzi uważa 3-stopniowy VTEC jako doskonalszą wersję zorientowanej na moc implementacji DOHC VTEC, nazywając DOHC VTEC "starszym 2-stopniowym mechanizmem VTEC" i sugerując jego niższość. Jest to zupełnie błędne podejście, gdyż DOHC VTEC jest nastawiony wyłącznie na uzyskiwanie dużej mocy dla celów sportowo-wyścigowych. 3-stopniowy VTEC jest ewolucją SOHC VTEC i VTEC-E połączonym w jedną całość.
DOHC VTEC jest implementacją uzyskującą najwyższe moce i jest stosowana w modelach o najlepszych osiągach spośród wszystkich modeli Hondy. Najmniejszym silnikiem DOHC VTEC jest legendarny B16A. Silnik o pojemności 1595cc i mocy 160-170KM, który pojawił się w 1989r w modelach Integra XSi i RSi, napędza teraz słynnego Civica SiR. Silnik B16B jest specjalnym, ręcznie stuningowanym krewnym B16A, uzyskuje moc 185KM i napędza Civica Type-R.
Silnik B18C o pojemności 1797cc i mocy 180KM stosowany jest w linii Integry. B18CSpec96 jest ręcznie stuningowaną wersją B18C, uzyskuje moc 200KM i napędza Integrę Type-R.
Wersje DOHC VTEC stosowane są w większości linii Hondy. W Accordzie SiR stosowany był osłabiony silnik 2,2l H22A DOHC VTEC o mocy 190KM, który w tym samym okresie napędzał Prelude Si-VTEC, gdzie osiągał moc 200KM. Obecnie w Accordach stosowany jest silnik 2,0l DOHC VTEC, osiągający moc 180KM i 200KM odpowiednio w Accordzie SiR i SiR-T podczas, gdy obecny model Prelude SiR w dalszym ciągu posiada silnik 2,2l DOHC VTEC o mocy 200KM. Ręcznie tuningowana wersja H22A stosowana w Prelude Type-S osiąga 220KM.
Najwyższy poziom DOHC VTEC osiągnięto oczywiście w NSX. Silnik V6 DOHC VTEC, początkowo o pojemności 3,0l, obecnie 3,2l, osiąga 280KM, czyli maksymalną moc dla samochodów fabrycznych dopuszczonych do ruchu ulicznego w Japonii
SOHC VTEC pojawia się w wielu modelach Hondy. Najmniejszym silnikiem SOHC VTEC jest D15B używany w japońskich wersjach Civic/Civic Ferio VTi/Vi. Silnik D16A o pojemności 1590cc SOHC VTEC uzyskuje moc 130KM i stosowany jest w Civicu Coupe oraz Civicu Ferio EXi (model 4WD). SOHC VTEC jest stosowany również w Accordach ale nie w Preludzie ani Integrze. Na rynkach, które wg Hondy nie są dostatecznie rozwinięte aby wchłonąć modele z silnikami DOHC VTEC (wśród nich znajduje się Malezja), silniki SOHC VTEC znajdują się na szczycie gamy oferowanych silników.
| Poleć ten artykuł | |
| Podziel się z innymi: |
|
| URL: |
Dodaj komentarz
Zaloguj się, aby móc dodać komentarz.
Oceny
Tylko zarejestrowani użytkownicy mogą oceniać zawartość strony
Zaloguj się lub zarejestruj, żeby móc zagłosować.
Zaloguj się lub zarejestruj, żeby móc zagłosować.
Brak ocen. Może czas dodać swoją?