Система VTEC: козырь Honda

Автопроизводители по всему миру гордятся достижениями своих спортивных подразделений, будь то заводская конюшня в королевских гонках Формулы 1 или полностью переделанные машины для NASCAR. При этом многие наработки из этих сфер потом находят своё место под капотом серийных «гражданских» авто. Среднее звено между этими полюсами — спорткары, дорогие и редкие дорожные звери. Все шедевры инженерной мысли, построенные кропотливым трудом для взрывов адреналина на гоночных трассах, достойны восхищения. Находки и изобретения, созданные для них, толкают автоиндустрию вперёд. Казалось бы, все автомобильные открытия должны доставаться на их долю. И это отчасти правда.

Конструкторы постоянно находятся в состоянии выбора. Мощный двигатель, который отлично «ведёт» машину на больших скоростях, не очень удобен на малых, город диктует свои условия постоянными пробками и требованиями к расходу топлива в них. Найти равновесие, соблюсти баланс между такими крайностями очень непросто. У каждой именитой компании есть решение парадокса, и водители всегда находят в них как достоинства, так и недостатки. Впрочем, в этом ряду есть решение, стоящее особняком; двигатели с этой технологией производятся по сей день с 1989 года (с незначительными изменениями). Это система VTEC от Honda.

Краткая историческая справка

Строго говоря, это не один двигатель. VTEC (в переводе электронная система изменения времени и хода клапанов), по сути, представляет собой целое семейство систем управления газораспределением. Как уже было упомянуто выше, компания Honda разработала систему VTEC в 1989 году. Для того времени это была потрясающая инновация, позволившая построить атмосферный двигатель, с одного литра которого удалось «снять» ровно 100 лошадиных сил, при этом заставив его работать без провалов тяги как на низких, так и на высоких оборотах! Двигатель DOHC VTEC (с двумя распредвалами) стал мировой сенсацией.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания предполагает преобразование энергии посредством сгорания. Высвободившаяся при этом энергия толкает поршень в цилиндре. Это общеизвестно; инновация VTEC в том, что клапанами управляют не 2 «кулачка» на распредвале, как в обычных двигателях, а 3. На высоких оборотах третий кулачок оказывается задействован выдвигающимися под давлением масла штифтами. Таким образом, на низких оборотах двигатель работает как обычно, обеспечивая комфортную езду в спокойном темпе, а на высоких за счёт изменённой системы газораспределения, показывает характеристики спортивного мотора.

Такая технология принесла компании Honda славу производителей спортивных двигателей для гражданских машин. Достоинства технологии были значительны: это и компактные размеры двигателя, и «бюджетность» производственного цикла и т. д. За счёт итоговой простоты технологии ремонт двигателя Хонды не вызывал трудностей; многим покупателем пришлось по душе и то, что атмосферный двигатель лишён главного недостатка турбированных, а именно турбоямы при наборе оборотов. Момент между набором оборотов за счёт собственных ресурсов двигателя и включением турбины (раскруткой лопастей) занимает осязаемое время, которое характеризуется провалом тяги, так называемой турбоямой. Так вот, атмосферный двигатель выдаёт крутящий момент равномерно, не заставляя водителя переживать за включение турбины или интеркулера.

Спустя 2 года после выпуска DOHC Honda построила его «упрощённую» версию, SOHC. Она отличалась одним общим распредвалом вместо двух, и до 2009 года VTEC на этом движке работала только на впускных клапанах. Дело в том, что особенности конструкции не позволяли разместить кулачки на выпускных, им мешали расположенные там же свечи зажигания.

Помимо описанных двух вариаций, в разное время Honda выпускала VTEC двигатели SOHC VTEC E, i-VTEC, 3-stage SOHC VTEC. У каждого из них свой набор достоинств, они использовались как в спортивных, так и не в спортивных авто модельного ряда Honda, и надолго остались в производстве. Общая черта этих двигателей, которая заставляла покупателей раз за разом выбирать именно их надёжность. Мы уже упоминали об этом выше. Благодаря незамысловатости конструкции и своевременным (с каждым новым поколением) изменениям от инженеров Honda, двигатели VTEC всегда оставались на вершине по соотношению цена/качество. Двигатель получал в каждой фазе газораспределения настолько богатую или бедную смесь, насколько это требовалось. Из-за этого моторы отличались также экономичностью. Например, широко известно, что на одном из тестов Honda Civic с мотором SOHC VTEC E при движении со скоростью 60 км/ч потребляла всего 3,5 литра на 100 км. Помимо автомобилей, конструкторы Honda использовали эту технологию в мотоциклах.

Принципы работы

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания впускные и выпускные клапаны управляются кулачками на распредвале. Мы уже упоминали, что отличительная черта двигателя VTEC — это наличие третьего кулачка, которого нет в других системах. Суть в том, что для оптимальной работы двигателя на разных оборотах нужны разные настройки клапанов; чем больше обороты двигателя, тем длиннее должен быть промежуток «открытости» клапана. Датчик VTEC на высоких оборотах улавливает изменение давления масла и активирует выдвижные штифты, которые задействуют в работе двигателя третий кулачок, суть системы VTEC. За счёт этого клапаны открыты дольше, в цилиндр подаётся более богатая смесь и, соответственно, возрастает мощность. Если рассмотреть ДВС того времени без VTEC, то стандартный атмосферный двигатель был либо маломощным, и тогда он обеспечивал комфортную работу на низких оборотах, либо очень мощным, и тогда он был хорош на высоких. Это создавало жёсткую дифференциацию между спортивными машинами и всеми остальными. Благодаря VTEC (а также аналогам от других производителей) сейчас такой разрыв гораздо менее заметен.

В разные поколения двигателя использовались разные датчики VTEC. Самые «продвинутые» были задействованы в системах i-VTEC; здесь их задача осталась той же, но выросла точность измерения. Связано это с особенностью технологии: с 2001 года фазы газораспределения больше не были ограничены 3 положениями, они изменялись прямо по ходу работы. Сначала угол открытия клапана менялся от 25 до 50 градусов, потом с помощью анализа данных от датчика VTEC инженеры стали по необходимости отключать несколько клапанов. Это дало возможность вывести экономичность моторов на новый уровень при сохранении привычной надёжности и безупречности работы. Смещение угла стало возможным после замены шестерни распредвала на гидравлический механизм. Используя давление масла внутри шкива как данные для анализа, компьютер отдаёт контроллеру команду открыть клапан на столько-то градусов (или не открывать его вовсе). Мгновенная обработка данных с датчика стала отличным оправданием букве i («интеллектуальный») в названии, постоянное изменение фаз газораспределения устранило снижение крутящего момента на высоких оборотах, характерное для предыдущих поколений двигателей, ещё больше усовершенствовав «выдачу» крутящего момента на низких. За счёт этой системы автомобили Honda стали ещё более экономичными. Или, напротив, ещё более мощными. Это зависело от настроек компьютера; теперь один и тот же двигатель с разным набором опций устанавливался как на спортивные, так и на «семейные» автомобили марки.

Что дальше

Сейчас Honda вовсю работает над технологией AVTEC, развитием предыдущих инкарнаций. Теперь они хотят сделать постоянно изменяемыми не только время открытия и ход клапанов, но и сам профиль кулачков, который ранее был неизменным и тем самым ограничивал возможности двигателя. Так что, возможно, в ближайшее время мы получим ещё одно инженерное чудо от этой японской компании.