Inteligentne fazy rozrządu - iVTEC

Ostatnio opisywałem układ zmiennych faz rozrządu jaki stosuje Honda, czyli VTEC, wraz z jego głównymi odmianami. Ostatnią z nich, a zarazem najnowocześniejszą jest i-VTEC, którego działanie oraz budowę przedstawię w poniższym artykule.

System Hondy i-VTEC został po raz pierwszy zastosowany w silniku K20A w Hondzie Stream w 2001 roku. Jego pierwsza odmiana nie szokowała pod względem mocy (154 KM), ale ilość nowoczesnych technologii zastosowanych w tym silniku wyznaczała kierunek, którym Honda podążała przez kolejne lata. Następne generacje K20 przekraczały moce ponad 200 KM, a system i-VTEC był z powodzeniem w nich implementowany.

i-VTEC jest połączeniem systemu VTEC oraz VTC (Variable Overlap Timing Control). Dokładne działanie pierwszego z nich opisywałem w osobnym artykule, do którego odsyłam dla lepszego zrozumienia dalszej części tekstu. Zastosowana bowiem odmiana VTECa zawiera w sobie rozwiązanie znane z systemu VTEC-E, które pozwala na pracę silnika w układzie 12-zaworowym. Ideą stworzenia i-VTEC był nie tylko przyrost mocy, ale także niskie spalanie oraz czystość spalin. Wszystkie te parametry zostały potraktowane na równi.

Zastosowanie VTC wraz z VTEC pozwala na jeszcze większe działania w zakresie sterowania czasem oraz momentem otwarcia bądź zamknięcia zaworów ssących, oraz nachodzenia na siebie otwarć zaworów wydechowych i ssących. Sercem systemu jest mechanizm znajdujący się pomiędzy wałkiem rozrządu zaworów ssących, a kołem zębatym napędzającym wałek. Z kołem zębatym połączony jest przy pomocy gwintu śrubowego, dzięki czemu może być hydraulicznie obracany względem koła. Poglądową konstrukcję przedstawia poniższy rysunek.

Koło zębate napędzane jest łańcuchem czy też paskiem rozrządu. W tradycyjnych rozwiązaniach wałek rozrządu połączony jest z kołem zębatym na stałe – nie mają możliwości obrotu względem siebie. W przypadku VTC istnieje ogniwo pośrednie w postaci nagwintowanego pierścienia. Lustrzane odbicie gwintu na zewnętrznej powierzchni pierścienia znajduje się na wewnętrznej powierzchni koła zębatego, w którym jest on mocowany wraz z wałkiem rozrządu. Dzięki takiemu połączeniu, możliwy jest względny obrót pomiędzy wałkiem, a kołem rozrządu. To natomiast powoduje zmianę momentu otwarcia zaworów ssących.

W połączeniu z systemem VTEC silnik posiada spory zakres regulacji nachodzenia na siebie faz otwarcia zaworów oraz ich czasu otwarcia. Należy pamiętać, że VTC nie jest w stanie zastąpić systemu VTEC, jako że nie ma możliwości zmiany wzniosu zaworów. Oba te układy doskonale się uzupełniają i dają jeszcze większe możliwości w zakresie regulacji przebiegu mocy oraz momentu obrotowego.

W silnikach z systemem i-VTEC zastosowany został również kolektor dolotowy o zmiennej geometrii. Aby podnieść wartość momentu obrotowego w całym zakresie obrotów oraz moc maksymalną użyto zaworu obrotowego wewnątrz podwójnego kanału dolotowego. Przy niskich oraz średnich obrotach zawór jest zamknięty, natomiast otwiera się przy wysokich obrotach silnikach. To rozwiązanie było jednak już wcześniej stosowane w Hondach, a główna ewolucja polega na zastosowaniu zaworu obrotowego zamiast motylkowego, który stawia mniejsze opory powietrza.

Tryby sterowania w poszczególnych silnikach z systemem i-VTEC mogą się różnić. Są one jednak bardzo zbliżone do siebie, a zasada działania jest taka sama. W silniku K20A Honda wyróżnia cztery główne tryby. W trybach od 1 do 3 wykorzystywana jest cały czas „wolna” krzywka na zaworach ssących, która otwiera cztery z nich tylko na minimalną wysokość w celu ich schłodzenia (tak jak w VTEC-E). Wszystkie trzy tryby używane są w zakresie obrotów jałowych, które Honda definiuje nieco inaczej. Pojęcie to w tym przypadku obejmuje również niskie obroty, w których przepustnica jest otwierana nieznacznie, przy niskim obciążeniu silnika, przy stałej prędkości.

W trybie 1 nachodzenie na siebie otwarć zaworów jest minimalne, a spalanie najmniejsze. Jak widać na wykresie, tryb 2 obejmuje także tryb 1, nazywany „learn burn”. Tryb ten używany jest w przypadku nie nadużywania pedału gazu, kiedy przepustnica nie jest szeroko otwarta. ECU silnika sprawnie przeskakuje pomiędzy dwoma pierwszymi trybami, w zależności od prędkości obrotowej silnika, jego obciążenia oraz położenia przepustnicy. W trybie 2 występuję maksymalne nachodzenie na siebie otwarć zaworów, dzięki czemu spalanie wciąż jest niskie, a dynamika silnika nieco zwiększona.

W trybie 3 otwarcia zaworów regulowane są dynamicznie aby uzyskać jak najwyższy moment obrotowy. Tryb ten używany jest przy ostrzejszym traktowaniu przepustnicy, kiedy obciążenie silnika jest wyraźnie wyższe. Ostatni z trybów, czwarty, uruchamiany jest po przekroczeniu pewnych obrotów, gdzie w przypadku silnika K20A o mocy 160KM są to okolice już 2200 obr./min. Zawory dolotowe są otwierane i zamykane z użyciem krzywki o ostrzejszym zarysie, dzięki czemu pracuje wszystkie 16 zaworów. Nachodzenie na siebie otwarć zaworów jest sterowane dynamicznie, aby uzyskać jak najwyższą moc.