Zmienne fazy rozrządu po japońsku – VTEC [wideo]

Honda VTEC

Wydawałoby się, ze technologia VTEC opracowana przez Hondę jest już na tyle leciwa, że większość miłośników motoryzacji powinna rozumieć jej działanie. Pojęcie zmiennych faz rozrządu nie jest raczej nikomu obce, ale w jaki sposób realizowany jest ten proces nie każdy potrafi wyjaśnić.

VTEC – Variable Valve Timing and Lift Electronic Control. W języku polskim VTEC oznacza zmienny czas oraz wznios zaworów sterowany elektronicznie. W sieci można znaleźć teorie, jakoby VTEC nie dotyczył zmiennych faz rozrządu i jest to błędne nazewnictwo. Faza rozrządu określa moment otwarcia oraz zamknięcia poszczególnych zaworów. Jeśli więc VTEC zmienia czas otwarcia zaworów, to jak najbardziej zmienia się również faza rozrządu.

Honda wprowadziła system VTEC w 1988 roku. Od tego czasu powstało wiele jego odmian, w których zmiany były czasem jedynie kosmetyczne. Mimo wszystko można wyróżnić kilka głównych wersji, wśród których zacznę omawianie od podstawowego mechanizmu VTEC.

Widok układu zmiennych faz rozrządu VTEC-E

VTEC
Podstawowy mechanizm, tak jak zresztą i jego bardziej rozbudowane wersje, wykorzystuje hydraulicznie sterowany sworzeń służący do spięcia pracy poszczególnych dźwigni zaworowych. W 16-zaworowym silniku na każdy cylinder przypadają 2 zawory dolotowe i wylotowe. Przy zastosowaniu systemu VTEC, pracą 2 zaworów dolotowych sterują dwie krzywki o odmiennym kształcie za pośrednictwem dźwigni zaworowych. Jedna z krzywek ma bardziej „sportowy” kształt wymuszając dłuższy czas otwarcia zaworów i większy wznios. W normalnych warunkach dźwignie zaworowe poruszane przez krzywki pracują niezależnie. Powyżej pewnych obrotów następuje spięcie ich za pomocą wspomnianego sworznia i obie dźwignie pracują wg. zarysu kształtu ostrzejszej krzywki.

Podstawowy mechanizm VTEC

DOHC VTEC

System zmiennych faz rozrządu oparty o działanie dwóch wałków rozrządu (DOHC) był pierwszą z zaprezentowanych przez Hondę konfiguracji. Zmienny czas oraz wznios zaworów dotyczy w tym przypadków zarówno zaworów dolotowych jak i wydechowych. Budowa wałka i dźwigni zaworowych jest również bardziej rozbudowana w stosunku do podstawowego mechanizmu.

Wałki rozrządu Skunk2 do silnika H22A z DOHC VTEC

Pomiędzy każde dwie pary mechanizmu krzywka-dźwignia zaworowa, jakie przypadają na dwa zawory wylotowe bądź dolotowe poszczególnego cylindra, inżynierowie Hondy wstawili kolejną. Krzywka na wałku odpowiadająca za poruszanie trzecią dźwignią zaworową jest ostrzejsza. Jej kształt zapewnia wyraźnie dłuższe czasy otwarcia zaworów oraz większy wznios. Każda para zaworów posiada więc dwie krzywki niskoobrotowe, oraz jedną wysokoobrotową. Jak sama nazwa wskazuje, praca tej ostatniej uaktywnia się na wyższych obrotach silnika.

VTEC

Włączany jest wówczas elektrozawór, który powoduje wzrost ciśnienia w kanale, w którym umieszczony jest sworzeń. Po przesunięciu poziomym łączy on wszystkie trzy dźwignie zaworowe w jedną, a praca zaworów sterowana jest środkową krzywką dzięki czemu silnik otrzymuje większą ilość powietrza oraz paliwa, za co odpowiada komputer sterujący.

SOHC VTEC

Po sukcesach związanych z systemem VTEC w silnikach z dwoma wałkami rozrządu, Honda zaimplementowała układ zmiennych faz rozrządu do silników z pojedynczym wałkiem. Działanie systemu jest identyczne jak w przypadku DOHC. Różnica polega na tym, że trzecia krzywka wstawiana jest pomiędzy dwie dźwignie tylko zaworów dolotowych. W przypadku zaworów wylotowych nie ma na to miejsca m.in. przez przewody świec zapłonowych. Trzecia krzywka steruje ruchem elementu na kształt dźwigni zaworowej, która służy tylko do połączenia przesuwnym sworzniem dwóch pozostałych dźwigni zaworowych.

VTEC

VTEC-E

Kolejna odmiana powstała dla jeszcze większej oszczędności paliwa. Przez niektórych „hondziarzy” ta konfiguracja nie jest nazywana prawdziwym VTECem. Jest to oczywiście stwierdzenie na wyrost, bo także i w tym układzie fazy rozrządu ulegają zmianie. Silniki z VTEC-E poniżej pewnych obrotów pracują praktycznie na  12 zaworach. Cztery zawory dolotowe można powiedzieć, że są nieaktywne. Krzywki sterujące ich pracą mają niemal okrągły kształt przez co zawory prawie się nie unoszą. Piszę „prawie”, ponieważ mimo wszystko zawory te są lekko unoszone, aby nie ulegały przegrzaniu. Główna porcja powietrza dostaje się jednak przez pozostałe zawory, co sprzyja także zawirowaniu mieszanki i jej lepszemu wymieszaniu z paliwem.

VTEC-E

„Normalna” krzywka ma jednak nieco ostrzejszy zarys niż standardowe krzywki w silnikach bez systemu VTEC. Pracuje ona przez cały czas, ale dzięki prawie zamkniętemu drugiemu zaworowi, spalanie paliwa jest niższe, a stosunek powietrza do paliwa osiąga wartość nawet 20:1. Po przekroczeniu pewnej wartości obrotowej obie dźwignie zaworowe są spinane, a nie pracujące wcześniej zawory otwierają się teraz tak samo jak pozostałe.

3-stopniowy VTEC

Ta konfiguracja jest swoistym połączeniem zalet SOHC VTEC oraz VTEC-E. Na każdą parę zaworów przypadają trzy krzywki, a każda ma inny kształt. Pierwsza z nich jest niemal okrągła, tak jak w przypadku VTEC-E. Kolejna odpowiada za średni wznios zaworów i wykorzystywana jest przez większość zakresu obrotowego silnika. Ostatnia, środkowa krzywka, zapewnia największy wznios. Dźwignie zaworowe poszczególnych krzywek mogą być łączone stopniowo.

Działanie 3-stopniowego systemu VTEC - faza 1

Przy niskich obrotach, poniżej 2500, silnik pracuje w trybie oszczędnym (12-zaworowym) tak jak ma to miejsce w VTEC-E. Cztery zawory nie są unoszone prawie wcale, a pozostałymi czterema steruje krzywka o średnim wzniosie. Po przekroczeniu 2500 obr./min. załączana jest druga faza pracy. Olej pod ciśnieniem sterowany elektrozaworem powoduje przesunięcie się górnego sworznia i spięcie dwóch skrajnych dźwigni zaworowych, co powoduje pracę wszystkich zaworów dolotowych na podstawie kształtu krzywki o średnim wzniosie.

Działanie 3-stopniowego systemu VTEC - faza 2

Powyżej 6000 obr./min. aktywowana jest 3 faza, w której olej pod ciśnieniem trafia do obydwu kanałów. Pierwszy sworzeń pozostaje w swojej pozycji, a dołącza do niego drugi, który spina pracę wszystkich trzech dźwigni zaworowych. W takim układzie sterowanie zaworami dolotowymi odbywa się przy pomocy trzeciej, środkowej krzywki o „sportowym”, najostrzejszym kształcie.

Działanie 3-stopniowego systemu VTEC - faza 3

Technologia zmiennych faz rozrządu VTEC zapewnia odpowiednio wysoką moc oraz stosunkowo niskie spalanie. Oczywiście w zależności od zastosowanej w silniku konfiguracji, nacisk na poszczególne parametry jest zmienny. W systemie VTEC-E priorytetem jest oczywiście ekonomia, a dzięki tej technologii otrzymujemy również podwyższoną moc. Znowu układ VTEC DOHC zorientowany jest przede wszystkim na wysoką moc.

Najnowszą odmianą i aktualnie stosowaną w silnikach Hondy jest system iVTEC, który stanowi kolejną ewolucję. Jego działanie oraz zalety opiszę już wkrótce, w kolejnym artykule.

Na zakończenie przytoczę jeszcze jeden popularny cytat wśród miłośników Hond, który uważam za równie edukacyjny jak i zabawny:

“VTEC is NOT “V-tec”, “V-TEC”, “V-tech”, “V-TECH”, “VTECH”, “V-TEK”, “vtech”, “vtec”, “vortech”, “Vtec”, or “Vtech”. It’s CAPITAL VTEC. No dashes, no lower case, no extra letters, no anything other than the correct and only spelling of VTEC. If you cannot respect the technology and simply use the correct spelling, you do not deserve what it gives you.”

Zobacz także:

Zasada działania systemu MultiAir [część 1]

Volvo, czyli Ford – nowy silnik 1.6 GTDi

Pojemność, doładowanie czy wysokie obroty?

Regulamin komentowania

  • Jaworjawor

    bardzo podobny system zastosowała toyota w silniku 2zzge z systemem vvtl-i – zmienne fazy rozrządu dla wałka dolotowego oraz zmienny wznios sterowany podobnymi dźwigienkami. Poniżej 6000 obrotów mamy niskie spalanie i wysoki moment, powyżej – moc ponad 100 KM/l . Artykuł bardzo ciekawy, wiecej takich

  • http://www.facebook.com/profile.php?id=100001978676618 Cezary Kopeć

    Prosty system jak budowa cepa:) fiat teraz się podnieca że stosuje system multiair, a Japończycy wymyślili to już dawno temu, tylko ze minimalnie inaczej wyglądający :)
    pozdrawiam

    • Paweł

      No i po co piszesz takie rzeczy?? System VTEC (VVT) to patent Alfy Romeo z 1970 roku  roku montowany w Alfie Spider ;)
      http://en.wikipedia.org/wiki/Variable_valve_timing#History
      Poza tym Fiata się niczym nie podnieca informuje jedynie że wprowadza nową technologie do swych jednostek napędowych… na marginesie bardzo dobro technologie
      Koniec OT!!
      Miałem przyjemność prowadzenia Hondy Accord  VI z silniczkiem 2.0 VTEC 147km. Super jednostka, choć  trzeba ją wysoko kręcić aby uzyskać właściwą moc. Silnik stosunkowo mało pali i ma ładne brzmienie

      • K20

        liczy sie komu to działa a Honda opracowała to do perfekcji i działa w praktyce 

      • Iusiwgehd

        Mazda wkładała od 2001 roku silniki ze zmiennymi fazami rozrządu, który identyczną moc oferował z pojemności troszeczkę mniejszej 1.8, dzięki czemu spalanie było jeszcze niższe niż w silniku hondy 2.0 

    • Anonim

      Nie to żebym był fanem fiata, ale zmienne fazy rozrządu po raz pierwszy w seryjnej produkcji były w alfie spider (na patencie fiata) w 1980, VTEC dopiero w ’89.
      Sama koncepcja jest dużo starsza, bo dotyczyła już silników parowych. Na początku XX wieku stosowana w myśliwcach. Także Japończycy jedynie rozsławili technologie, a nie wymyślili cały system ;)
      Co do Multiair to działa on zupełnie inaczej: krzywki pozostają stałe, a charakter pracy zmienia się poprzez element pośredniczący (coś jak popychacz o zmiennej długości). Myślę, że to będzie przyszłość silników tzn. wyeliminowanie wałków rozrządu, na rzecz sterowania samego zaworu, co pozwoli na ciągłą zmianę charakterystyki. Podobnie było z wtryskiem paliwa, najpierw gaźnik w którym nie było zbyt dużego wpływu na dawkowanie w funkcji obrotów silnika, dziś można paliwo idealnie dozować wtryskiwaczem.
      Przeszkodą jest brak odpowiedniej technologii, bo oprócz samej szybkości mechanizmu, wymagana jest jego pełna przewidywalność i odporność, na niezbyt przyjazne środowisko pracy.

      • Alfista

        Na początku lat ’80 Alfa nie miała nic wspólnego z Fiatem. Była to samodzielna konstrukcja Alfy Romeo. Wspólna historia tych dwóch włoskich marek zaczyna się dopiero od 1986 roku, kiedy to Fiat kupuje Alfę, kilka lat wcześniej współpracowali jedynie przy opracowaniu wspólnej płyty podłogowej dla swoich limuzyn tj. Alfy 164, Lanci Themy, Fiata Cromy i Saaba 9000

        • Anonim

          Czytałem kiedyś historię zmiennych faz rozrządu w alfie i wydaje mi się, że jakiś konstruktor z fiata maczał w niej palce. Aczkolwiek nie upieram się, nie jestem tego do końca pewien ;)

          Tak czy siak wychodzi na to, że Japończycy nie byli pierwsi i to właściwie było najważniejsze w mojej poprzedniej wypowiedzi.

    • Maroo

      A jest sie czym podniecać – w VTEC masz 2 lub 3 stany – w MultiAir nie masz przepustnicy (nie musisz jej mieć choć może być), masz sterowanie tak czasem jak i wielkościa otwarcia płynne, dowolne i w pełni modowalne – zapewne z czasem Multi Air będzie coraz lepszy i to nie przez zmiany techniczne co przez dopracowywanie algorytmów sterujących. To jest system wiolostanowy. zatem jest się czym podniecać. Dodatkowo – jest to system który daje niespotykanie więcej za mniej – jest bardzo prosty w konstrukcji, skuteczny, bezawaryjny (bardzo mała komplikacja w stosunku do wariatorów i innych roziwazań) jest płynny co sprawia że silnik może pracowac w każdym zakresie ekologicznie. Brak przepustnicy to poteżny plus – “złe zło” silnika to własnie przepustnica która generuje zawirowania i ogromne opory przy dużych obrotach. generalnie MultiAir to jednak przełomowe rozwiązanie – daje to co najbardziej zaawansowane systemy jak w BMW, a nawet więcej przy konstrukcji zdecydowanie mniej skomplikowanej. Przełomem jest pełna “programowalność” układu rozrządu. Zatem Cezary – jak się nie znasz do konca albo nie masz na tyle wyobraźni by w głowie ‘zobaczyć’ co jak działa – nie gadaj bzdur i nie siej plotek!

      I japonczycy tak naprawdę znani sa nie z wymyślania co z udoskonalania – w tym sa świetni. No i w trwałości. W zamian za ot wynalazczośc u nich słabiutka w motoryzacji. A i ich produkty masowe czesto jednak ustepuja technologicznie europejczykom. Popatrz na ich diesle – nie maja się nijak do europejskiej czołówki. Ot sa dobre ale tylko dobre.

  • ZWD

    W sumie to może połowę z tego zrozumiałem ale znalazłem błąd;) “Ta konfiguracja jest swoistym połączeniem zalet SOHC VTEC oraz VTEC-E.” Dobry artykuł więc może warto poprawić taką pierdołę.

    • Szymon Witkowski

      Co w tym zdaniu jest błędnego? 3-stopniowy VTEC to dokładnie SOHC VTEC + VTEC-E

  • delta

    Autor jak najbardziej powinien uwzględnić, a najlepiej opisać, dużo wcześniejsze powstanie systemu zmiennych faz rozrządu w samochodach marki Alfa Romeo – lata 80. to początek tego systemu w samochodach cywilnych, ale warto wspomnieć, że system ten miał zastosowanie w samochodach wyścigowych.
    Później, po wcieleniu do koncernu Fiata, system ten został wprowadzony do pozostałych marek, np VIS w Lancii.
    Również jako ciekawostkę dodam fakt, że wariator zmiennych faz rozrządu z silników Twin Spark 16v o tym samym kodzie produktu występował również w silnikach Maserati.

    Jeśli Autor chce profesjonalnie podejść do tego zagadnienia, powinien też uwzględnić pozostałe tego typu systemy, np Valvelift, etc

    • Szymon Witkowski

      Ale artykuł nie jest o zmiennych fazach rozrządu W OGÓLE, ich historii i tak dalej. Tekst wyraźnie traktuje tylko i wyłącznie tematykę technologii VTEC, która i tak jest na tyle obszerna, że nie udało mi się opisać w tym samym artykule jeszcze i-VTEC.
      Technologia układu zmiennych faz rozrządu jak już sami w komentarzach zauważyliście jest bardzo bogata i stopniowo, z czasem, być może będziemy starać się ją wyczerpać.

      • Marcin Łobodziński

        Nie rozumiesz, że w Polsce VTEC to zmienne fazy rozrządu tak jak Jeep to każdy samochód terenowy? Nawet osoby, które próbują tu coś udowadniać o Alfach Romeo sprzed półwiecza nie wiedzą, że VTEC to zmienne fazy rozrządu w Hondach.
        Przykład:
         ”System VTEC (VVT) to patent Alfy Romeo z 1970″
        a potem co? Alfa sprzedała nazwę VTEC Hondzie? Zamiast się wymądrzać spróbujcie najpierw zrozumieć, o czym w ogóle jest artykuł.Gdyby to był tekst pt “Kto pierwszy wymyślił zmienne fazy rozrządu?” to pewnie byście mieli racje…

        • delta

          Mój post był niejako odpowiedzią na wygłaszane w komentarzach teorie jakoby to VTEC od Hondy był jedynym słusznym systemem zmiennych faz rozrządu, a wszystko co włoskie jest be.

          Oczywistością jest, że tekst dotyczy VTECa, który niezaprzeczalnie jest świetnym i udoskonalanym systemem, ale jak już zauważył wcześniej autor – zagadnienie zmiennych faz rozrządu jest bardzo szerokie, dlatego swoim postem chciałem też zachęcić do omawiania dalszych systemów, zwłaszcza tego, który powstał jako pierwszy “pół wieku temu” (choć uważam, że na początku nie zaszkodziłoby wspomnieć kto był prekursorem tego rozwiązania) …

          Także niecierpliwie czekam na dalsze teksty o poszczególnych systemach zmiennych faz rozrządu, które w pełni wyczerpią temat.

          BTW szkoda, że z serwerów portalu cuoresportivo.pl zniknęły pasjonujące teksty o historii silników Alfa Romeo, gdzie dużą część poświęcono rozwojowi zmiennych faz rozrządu (ewolucja działania i sterowania wariatorem, itd)

  • kolo

    Powyżej 6000 obr./min. aktywowana jest 3 faza…ale po co skoro blokada jest kolo 7000 obr. co mi daje ta ostatnia faza? Przeciez to katowanie silnika…

    • gosc

      Mylisz sie kolego. Bo np. CRX kreci sie do 9000obr/min i tutaj przydaje sie ta 3 faza;d 

      • oLO

        A s2000 do 9600obr/min, a poza tym kolo hondy akurat lubią wysokie obroty.

      • Gtx230

         już tak nie przesadzaj, chyba po zmianie wałków itp, takie 1.6 b16a2 np ma odcięcie na 8400 gdzie VTEC włącza się przy 5600

  • kolo

    Powyżej 6000 obr./min. aktywowana jest 3 faza…ale po co skoro blokada jest kolo 7000 obr. co mi daje ta ostatnia faza? Przeciez to katowanie silnika…

  • tsi

    swietny artukuł

  • BawariaKrulem

    Jesli chodzi o zmienne fazy rozrządu to tylko HONDA u nich sie najlepiej zmieniaja i daja najlepszy dzwiek inne sa slabe i nie tak dopracowane i powszechne i nie osmieszajcie sie z tymi parchami typu Fiat czy Alfa te silniki sa zalosne i slabe