System VTEC: atut Hondy

Producenci samochodów na całym świecie są dumni z osiągnięć swoich działów sportowych, niezależnie od tego, czy jest to stajnia fabryczna w królewskich wyścigach Formuły 1, czy całkowicie przebudowane samochody dla NASCAR. Jednocześnie wiele rozwiązań z tych sfer trafia następnie pod maskę seryjnych samochodów «cywilnych». Pośrednim ogniwem między tymi biegunami są samochody sportowe, drogie i rzadkie bestie drogowe. Wszystkie arcydzieła myśli inżynieryjnej, budowane żmudną pracą dla eksplozji adrenaliny na torach wyścigowych, są godne podziwu. Odkrycia i wynalazki stworzone dla nich pchają przemysł motoryzacyjny do przodu. Wydawać by się mogło, że wszystkie motoryzacyjne odkrycia powinny trafiać właśnie do nich. I po części jest to prawda.

Silnik VTEC

Projektanci nieustannie stają przed wyborem. Mocny silnik, który doskonale «napędza» samochód przy dużych prędkościach, nie jest zbyt wygodny przy niskich prędkościach; miasto dyktuje własne warunki z ciągłymi korkami i wymaganiami dotyczącymi zużycia paliwa. Bardzo trudno jest znaleźć równowagę między takimi skrajnościami. Każda znana firma ma swoje rozwiązanie tego paradoksu, a kierowcy zawsze znajdują w nich zarówno zalety, jak i wady. Jest jednak jedno rozwiązanie, które wyróżnia się na tle pozostałych; silniki z tą technologią produkowane są do dziś od 1989 roku (z drobnymi modyfikacjami). Jest to system VTEC Hondy.

Krótki rys historyczny

Ściśle rzecz biorąc, nie jest to tylko jeden silnik. VTEC (tłumaczony jako elektroniczny zmienny rozrząd i skok zaworów) to w rzeczywistości cała rodzina systemów kontroli rozrządu. Jak wspomniano powyżej, Honda opracowała system VTEC w 1989 roku. Jak na tamte czasy była to niesamowita innowacja, która pozwoliła zbudować silnik atmosferyczny, z którego jednego litra można było «wykrzesać» dokładnie 100 koni mechanicznych, jednocześnie sprawiając, że pracował on bez spadków trakcji zarówno przy niskich, jak i wysokich prędkościach obrotowych! Silnik DOHC VTEC (z dwoma wałkami rozrządu) stał się światową sensacją.

Zasada działania silnika spalinowego obejmuje konwersję energii poprzez spalanie. Energia uwalniana w tym procesie popycha tłok w cylindrze. Jest to dobrze znane; innowacja VTEC polega na tym, że zawory są sterowane nie przez dwie krzywki na wałku rozrządu, jak w konwencjonalnych silnikach, ale przez trzy. Przy wysokich obrotach trzecia krzywka jest włączana przez sworznie wysuwające się pod ciśnieniem oleju. Tak więc przy niskich prędkościach silnik pracuje jak zwykle, zapewniając komfortową jazdę w spokojnym tempie, a przy wysokich prędkościach, dzięki zmodyfikowanemu układowi rozrządu, wykazuje cechy silnika sportowego.

Silnik DOHC VTEC

Technologia ta przyniosła Hondzie sławę jako producentowi silników sportowych do samochodów cywilnych. Zalety technologii były znaczące: kompaktowy rozmiar silnika, «tani» cykl produkcyjny itp. Ze względu na ostateczną prostotę technologii naprawa silnika Hondy nie sprawiała trudności; wielu nabywcom podobał się fakt, że silnik atmosferyczny jest pozbawiony głównej wady silników z turbodoładowaniem, a mianowicie powolności turbo na obrotach. Moment między własnymi zasobami silnika a aktywacją turbiny (obracaniem się łopatek) zajmuje wymierny czas, który charakteryzuje się brakiem ciągu, tak zwanym opóźnieniem turbo. Tak więc silnik atmosferyczny dostarcza moment obrotowy równomiernie, nie zmuszając kierowcy do martwienia się o włączenie turbiny lub intercoolera.

Dwa lata po premierze DOHC Honda stworzyła jego «uproszczoną» wersję, SOHC. Różniła się ona jednym wspólnym wałkiem rozrządu zamiast dwóch, a do 2009 roku VTEC w tym silniku działał tylko na zaworach dolotowych. Chodzi o to, że specyfika konstrukcji nie pozwalała na umieszczenie krzywek na zaworach wydechowych, utrudniały to umieszczone tam świece zapłonowe.

Urządzenie DOHC i-VTEC

Oprócz dwóch opisanych wariantów, w różnych okresach Honda produkowała silniki VTEC SOHC VTEC E, i-VTEC, 3-stopniowy SOHC VTEC. Każdy z nich ma swój własny zestaw zalet, były one stosowane zarówno w sportowych, jak i niesportowych samochodach z gamy modelowej Hondy i pozostawały w produkcji przez długi czas. Wspólną cechą tych silników, która sprawiała, że kupujący wybierali je raz za razem, jest ich niezawodność. Wspomnieliśmy już o tym powyżej. Dzięki nieskomplikowanej konstrukcji i terminowym (z każdą nową generacją) zmianom wprowadzanym przez inżynierów Hondy, silniki VTEC zawsze pozostawały w czołówce pod względem stosunku jakości do ceny. Silnik otrzymywał bogatą lub ubogą mieszankę w każdej fazie rozrządu, w zależności od potrzeb. Z tego powodu silniki te charakteryzowały się również oszczędnością. Powszechnie wiadomo na przykład, że w jednym z testów Honda Civic z silnikiem SOHC VTEC E zużyła zaledwie 3,5 litra na 100 km podczas jazdy z prędkością 60 km/h. Oprócz samochodów, konstruktorzy Hondy wykorzystywali tę technologię również w motocyklach.

Zasada działania

Podczas pracy silnika spalinowego zawory ssące i wydechowe są sterowane przez krzywki na wałku rozrządu. Wspomnieliśmy już, że charakterystyczną cechą silnika VTEC jest obecność trzeciej krzywki, która nie występuje w innych systemach. Chodzi o to, że różne ustawienia zaworów są wymagane dla optymalnej wydajności przy różnych prędkościach obrotowych silnika; im wyższa prędkość obrotowa silnika, tym dłuższy musi być interwał «otwarcia» zaworu. Przy wysokich obrotach czujnik VTEC wykrywa zmiany ciśnienia oleju i aktywuje wysuwane sworznie, które włączają trzecią krzywkę, będącą istotą systemu VTEC. Dzięki temu zawory są dłużej otwarte, co pozwala na wprowadzenie bogatszej mieszanki do cylindra, a tym samym zwiększenie mocy. Jeśli weźmiemy pod uwagę ówczesne silniki spalinowe bez VTEC, standardowy silnik atmosferyczny był albo niedostatecznie mocny, a następnie zapewniał komfortową pracę przy niskich obrotach, albo bardzo mocny, a następnie był dobry przy wysokich obrotach. Stworzyło to sztywne rozróżnienie między samochodami sportowymi a wszystkimi innymi. Dzięki VTEC (i jego odpowiednikom od innych producentów) różnica ta jest teraz znacznie mniej zauważalna.

SOHC i-VTEC

W różnych generacjach silników stosowano różne czujniki VTEC. Najbardziej «zaawansowane» zostały zastosowane w systemach i-VTEC; tutaj ich zadanie pozostaje takie samo, ale dokładność pomiaru wzrosła. Wynika to ze specyfiki technologii: od 2001 roku rozrząd zaworowy nie był już ograniczony do 3 pozycji, ale zmieniał się bezpośrednio podczas pracy. Początkowo kąt otwarcia zaworów wahał się od 25 do 50 stopni, a następnie, analizując dane z czujnika VTEC, inżynierowie zaczęli wyłączać kilka zaworów w zależności od potrzeb. Umożliwiło to przeniesienie wydajności silników na nowy poziom przy jednoczesnym zachowaniu zwykłej niezawodności i bezbłędności działania. Przesunięcie kątowe było możliwe dzięki zastąpieniu koła zębatego wałka rozrządu mechanizmem hydraulicznym. Wykorzystując ciśnienie oleju wewnątrz koła pasowego jako dane do analizy, komputer wydaje sterownikowi polecenie otwarcia zaworu o tyle stopni (lub wcale). Natychmiastowe przetwarzanie danych z czujnika było doskonałym uzasadnieniem dla litery i («inteligentny») w nazwie, a stale zmieniający się rozrząd wyeliminował redukcję momentu obrotowego przy wysokich obrotach, typową dla poprzednich generacji silników, dodatkowo poprawiając «dostarczanie» momentu obrotowego przy niskich obrotach. System ten sprawił, że samochody Hondy stały się jeszcze bardziej ekonomiczne. Lub, alternatywnie, jeszcze mocniejsze. Zależało to od ustawień komputera; teraz ten sam silnik z innym zestawem opcji był instalowany zarówno w sportowych, jak i «rodzinnych» samochodach marki.

Mechanizm działania

Co dalej

Honda ciężko pracuje teraz nad technologią AVTEC, która jest rozwinięciem poprzednich wcieleń. Teraz chcą na stałe zmienić nie tylko czas otwarcia i skok zaworów, ale także profil krzywek, który wcześniej był niezmienny, a tym samym ograniczał możliwości silnika. Być może więc w niedalekiej przyszłości doczekamy się kolejnego cudu inżynierii od tej japońskiej firmy.