Honda VTEC -järjestelmä: miten vaihtelevat nokka-akselit toimivat

Honda VTEC-järjestelmä on yksi autoalan älykkäimmistä innovaatioista, jonka Honda-insinöörit kehittivät 1980-luvun lopulla. Tämä teknologia sallii moottorin optimoida suorituskyvyn sekä matalilla että korkeilla kierroksilla, tarjoten samalla polttoainetehokkuutta ja lisääntynyttä tehoa.

VTEC:n perusta ratkaisee suurimman haasteen nykyaikaisten moottoreiden suunnittelussa: kuinka saavuttaa optimaalinen suoritus sekä päivittäisessä taloudellisessa ajossa että tilanteissa, jotka vaativat suurta tehoa.

Moottorin venttiilien toimintaperiaatteet

Jotta ymmärrämme VTEC-järjestelmän merkityksen, tarkastellaan ensin, miten venttiilit toimivat perinteisessä moottorissa.

Jokaisessa moottorissa on kaksi venttiilityyppiä kampiakselin sylinterin päissä:

• Imuventtiilit – mahdollistavat ilman ja polttoaineen seoksen pääsyn sylinteriin
• Päästöventtiilit – mahdollistavat palaneiden kaasujen poistumisen sylinteristä

Nämä venttiilit ohjataan nokka-akselin kautta, joka kamien (lohkojen) avulla saa nostimet toimimaan venttiilien avaamiseksi ja sulkemiseksi moottorisyklin oikeaan aikaan.

Venttiilien kriittiset parametrit

Venttiilien optimaalinen toiminta riippuu kolmesta päätekijästä:

1. Avaamisen ajoitus – milloin venttiilit avautuvat mäntään nähden
2. Avaamisen kesto – kuinka kauan venttiilit pysyvät auki
3. Suurin nosto – kuinka paljon venttiilit avautuvat

Nämä parametrit määräytyvät nokkien profiilista nokka-akselilla ja ovat kiinteitä perinteisessä moottorissa.

Lue myös

OBD2-virhekoodi P0403: EGR-venttiilin järjestelmän diagnosointi ja korjaus

Obd2-virhekoodi P0403 osoittaa ongelmaa EGR-venttiilin kierrätysjärjestelmässä, joka on tärkeä osa haitallisten päästöje...

Kierrosnopeuksien vaihtelun optimoinnin haasteet

Kammien muoto ja koko ovat ratkaisevan tärkeitä moottorin suorituskyvyn kannalta, mutta ne tuovat mukanaan perinteisen suunnittelun haasteen.

Toiminta alhaisilla kierroksilla (1000–2000 rpm)

• Venttiilit avautuvat ja sulkeutuvat riittävän ajoissa
• Ilma-polttoainesekoitus pääsee sylinteriin tehokkaasti
• Kaasujen virtaus on alhaisempaa, joten suuria avauksia ei tarvita
• Moottori toimii tasaisesti ja taloudellisesti
• Painopiste on tehokkuus ja päästöjen vähentäminen

Toiminta korkeilla kierroksilla (5000–8000 rpm)

• Venttiilit avautuvat ja sulkeutuvat jopa 4000 kertaa minuutissa
• Imu- ja pakoputken ajallinen kesto lyhenee huomattavasti
• Venttiilit on avauduttava aiemmin ja suuremmalla aukiololla
• Kaasujen virta on maksimaalinen sylinterin täyttämiseksi
• Painopiste on suuriteho ja maksimaalinen vääntö

Inženöörien pulma

Perusongelma: Optimoitu nokka-akseli alhaisille kierroksille rajoittaa tehoa korkeilla kierroksilla, ja päinvastoin – korkeita kierroksia varten optimoitu järjestelmä voi aiheuttaa käynnistysongelmia, epätasaista tyhjäkäyntiä, suurempia päästöjä sekä kylmäkäynnin ongelmia.

Ratkaisu VTEC: Kaksoiskennot tekniikkana

VTEC-ratkaisu kiinnittää nämä ongelmat yhteen käyttämällä älykästä kokoonpanoa, joka yhdistää molempien kammekantojen edut.

Järjestelmän pääkomponentit

1. Kaksoiskamminen nokka-akseli

• Pienet sivukammet: alhaisiin kierroksiin (avaukset pienempiä, kesto lyhyempi)
• Keskikorkea keskikammio: korkeisiin kierroksiin (avaukset suuremmat, kesto pidempi)

2. Vaihteleva tappien järjestelmä

Alhaiset kierrokset:

Lue myös

EGR-venttiilin viallisten oireiden tunnistus ja korjauskustannukset

Intro: Nykyiset pakokaasujen hallintajärjestelmät ovat entistä monimutkaisempi, ja EGR-venttiili (Exhaust Gas Recirculat...

• Jokainen venttiili toimii erillisen pienen kammion mukaan
• Nostimet toimivat erikseen
• Venttiilien avautuminen on säädelty ja maltillinen

Korkeat kierrokset:

• Hydraulinen mekanismi yhdistää kolme tappia yhdeksi kiinteäksi kokonaisuudeksi
• Keskikammio ottaa kontrollin kaikkien venttiilien yli

3. Elektroninen ohjausjärjestelmä

Auton ECU seuraa jatkuvasti:

• Moottorin kierroksia (pyörityssensori)
• Kaasun asentoa (TPS-sensorit)
• Moottorin lämpötilaa (jäähdytysnesteen lämpötila)
• Moottorin kuormitusta (imuvuoriston paine)
• Nokka-akselin asentoa (vaihesensori)

Hydraulisen kytkimen mekanismi

Hydraulisen vaihtamisen toiminta

Kytkypäätökset VTEC-moduksen välillä toteutetaan hydraulisella järjestelmällä:

Pääkomponentit:

• Elektronisesti ohjattu solenoidiventtiili
• Öljykanavat nokka-akselissa
• Hydrauliset mäntänostimet VTEC:lle
• Palautusjouset

Aktivointiprosessi:

1. ECUn päättää, että VTEC-kriteerit täyttyvät
2. Aktivoidaan solenoidiventtiili
3. Öljynpaine vaikuttaa tappien mäntäihin
4. Lukituslaitteet levittäytyvät ja yhdistävät tappimet
5. Keskikammio ottaa hallinnan

VTEC:n aktivoinnin ehdot

Järjestelmä aktivoituu, kun kaikki ehdot täyttyvät:

• Kierrosten on ylitettävä asettu kynnys (yleensä 3000–5500 rpm)
• Öljyn lämpötilan on oltava optimoitua (yli 60 °C)
• Jäähdytysnesteen lämpötila on normaali
• Kaasupoljin on painettu riittävästi
• Järjestelmässä ei ole virheitä

VTEC:n tyypit ja variantit

VTEC klassinen (ensimmäinen sukupolvi)

• Vaihtaa vain venttiilien nostoa ja avautumisaikaa
• Aktivointi on/off tietyllä kierroksella
• Kompastus äänessä siirryttäessä moduulien välillä
• Käytetty motorien B16A, B18C, F20C

VTEC-E (taloudellinen)

• Optimoi vain imuventtiileille
• Alhaisilla kierroksilla yksi imuventtiili pysyy lähes suljettuna
• Luo sylinteriin turbulenssia parempaa palamista varten
• Polttoaineenkulutus pienenee jopa 15%

i-VTEC (älykäs)

• Yhdistää VTEC:n VTC:n (Variable Timing Control) kanssa
• Vaihtelee sekä nostoa että jakokelloa
• Jatkuvaohjaus, ei vain on/off
• Sujuva siirtymä moduulien välillä

VTEC Turbo (nykyinen sukupolvi)

• Suunnattu ylipaineisille moottoreille
• Vaihtelevat pakoventtiilit paineen hallitsemiseksi
• Suora polttoaineen ruiskutus integroitu
• Käytössä L15B7, K20C Type R -moottoreissa

VTEC-järjestelmän edut

Suorituskyvyn edut

• Teho kohoaa korkeilla kierroksilla noin 15–25%
• Vääntö säilyy laajalla kierrosalueella
• Reaaliaikainen vaste VTEC-aktivoinnin jälkeen
• Joustava käyttö kaikissa ajo-olosuhteissa
• Laajennettu tehoskaala

Tehokkuuden edut

• Polttoaineenkulutus alenema kaupungissa 10–20%
• CO2-päästöt pienemmät normaalissa ajossa
• Optimointi homologointisyklille
• Tasainen ja hiljainen tyhjäkäynti
• Pienemmät tärinät matalilla kierroksilla
• Parantunut ajomukavuus päivittäisessä käytössä

Kestävyysedut

• Komponenttien optimointi jokaiselle kuormitusalueelle
• Vähemmän venttiilikuormitusta alhaisilla kierroksilla
• Parantunut voitelu hydraulisen järjestelmän ansiosta

Kilpailijat ja teknologian kehitys

Samaistuvat järjestelmät muiden valmistajien keskuudessa

Toyota VVT-i / Valvematic:

• Jatkuva ajastusvaihtelu
• Venttiilien nostamisen sähköinen ohjaus
• Yhdistäminen hybriditeknologiaan

BMW VANOS / Valvetronic:

• Täydellinen elektroniikkavalvonta venttiileissä
• Käytöstä poistettu kaistanhallinta (kaasutin)
• Tehokkuus parantunut tarkalla kuormituksen hallinnalla

Volkswagen/Audi:

• Integroitu TSI- ja TFSI-moottorien kanssa
• Yhdistetty suora ruiskutus ja ylipainetettu pakoputki
• Optimoitu downsizing

Nissan VVL:

• VTEC:n kaltainen järjestelmä Skyline GT-R:ssä
• Yhdistetty e-POWER-teknologiaan

Tulevaisuuden kehitys

Näkymät nykyhetkessä:

• Yhteensopivuus hybridijärjestelmien kanssa
• Täydellinen sähköinen venttiilien hallinta
• Optimointi vaihtoehtoisille polttoaineille
• Päästöjen vähentäminen todellisissa ajokilpailutilanteissa

VTEC-järjestelmän tunnistus ja diagnosointi

Miten tunnistat VTEC-moottorin

Visuaaliset merkit:

• VTEC-logo venttiilikannen päällä tai korin päällä
• Merkkilaatta moottorin yksikössä
• Nostimet- ja venttiilirakenteen erityinen näkyvyys kun kansi on avattuna

Äänimerkit:

• Ominainen ääni, kun siirrytään VTEC-tilaan (noin kuin kytkin)
• Äänensävy muuttuu kierroskynnyn ylittäessä
• Äänellä on aggressiivisempi sävy aktivoinnin jälkeen

Käyttäytymisen merkit:

• Tehon nopea ja selkeä kasvu tiettyyn kierrokseen saakka
• Vähän voimakas voiman tunte, kun tila aktivoidaan
• Moottorin luonne muuttuu

Yleisimmät ongelmat ja diagnoosi

VTEC-viat:

• VTEC ei aktivoidu (moottori on litteä korkeilla kierroksilla)
• Aktivointi viivästyy tai tapahtuu liian aikaisin
• Metallinen ääni kampiakselin alueelta
• Öljyn kulutus kasvaa
• Tyhjäkäynti on epätasainen

Yleisimmät syyt:

• Öljy on vanhentunutta tai sen taso on alhainen
• VTEC-solenoidiventtiili jumissa
• Nostimien tai kamien kuluminen
• Anturit (kierros, öljypaine) häiriöt
• Moottorilaskuri vikaantunut

Vikakoodit:

• P1259 - VTEC-solenoidiventtiilin piiri
• P1253 - VTEC-järjestelmä viallinen
• P1009 - VTEC-synkronointivirhe

VTEC-järjestelmän huolto

Öljynvaihto – kriittinen VTEC:lle

Miksi öljy on kriittistä:

• Hydraulinen järjestelmä on täysin öljynpaineesta riippuvainen
• Vanha öljy voi tukkia järjestelmän
• Metallihiukkaset kuluttavat herkkiä osia
• Korkea lämpötila vaikuttaa viskositeettiin

Erityisohjeet:

• Öljynvaihto enintään 10 000 km välein (perusteellisesti raskaissa oloissa useammin)
• Käytä ainoastaan Honda:n suosittelemaa öljyä (0W-20 tai 5W-30)
• Tarkista öljyn määrä kuukausittain
• Vaihda öljynsuodatin jokaisen vaihtokerran yhteydessä

Ennaltaehkäisevä huolto

Joka 20 000 km:

• VTEC-järjestelmän puhdistus erikoisaditiiveilla
• Öljynpaineen tarkistus
• Järjestelmän toiminnan testaus testerillä

Joka 40 000 km:

• Nostimien ja kamien kulumisen tarkistus
• VTEC-solenoidiventtiilin testaus
• Öljyn laadun analysointi

Joka 80 000 km:

• Jakoventtiilijärjestelmän täydellinen huolto
• Venttiilivälyjen tarkastus
• Kuluneet komponentit vaihtoon

Elinikää pidentävät neuvot

Ajotapa:

• Moottorin lämmitys ennen VTEC:n käyttöä
• Vältä VTEC-aktivointia kylmällä moottorilla
• Vaihda vaihteita kohtuullisissa kierroksissa
• Hidas jäähdytys urheilun jälkeen

Polttoaine ja lisäaineet:

• Käytä laadukasta polttoainetta (95+ okt.)
• Käytä imujärjestelmän puhdistusta varten lisäaineita
• Vältä suuria etanolin pitoisuuksia polttoaineessa

Honda-mallit VTEC-järjestelmällä

Klassiset mallit (1989–2000)

Civic Type R (EK9):

• Moottori B16B, 185 hv
• VTEC noin 5600 rpm
• Yksi suosituimmista sovelluksista

Integra Type R (DC2):

• Moottori B18C, 200 hv
• VTEC 4400 rpm
• Täydellinen tasapaino väännön ja tehon välillä

NSX:

• Moottori C30A/C32B, 270–290 hv
• VTEC molemmilla syl-intereillä
• Ensimmäinen V6-moottoriyritys

Nykymallit (2001–nykypäivä)

Civic Type R nykyinen (FK8):

• Moottori K20C1, 320 hv
• VTEC Turbo suoran ruiskutuksen kanssa
• Ennätyksiä Nürburgringillä etuvetoisella vetotavalla

Jazz/Fit:

• Moottori L15A, i-VTEC
• Optimoi tehokkuuden
• Teknologian massa-applikaatio

VTEC:n vaikutus autoalaan

Teknologinen vaikutus

Systeemin avulla on osoitettu, että:

• moni-regime optimointi on mahdollinen
• teknologia voi olla luotettava ja kestävä
• lisätty monimutkaisuus on perusteltua
• sähköinen ohjaus voi dramaattisesti parantaa suorituskykyä

Mielenlaadun muutos

VTEC:n ennen autoissa miellitettiin moottorit yhdelle tavoitteelle. Honda osoitti, että moottori voi olla samanaikaisesti:

• taloudellinen kaupunkiajossa
• sporttinen tarvittaessa
• luotettava pitkällä aikavälillä
• päästöiltään puhdas

Päätelmä: VTEC:n perintö

VTEC-järjestelmä on yksi sisäisen polttoaineen moottorien historian merkittävimmistä innovaatioista. Mekaniikan nerokkuuden ja elektronisen hallinnan yhdistäminen on luonut teknologian, joka on määritellyt sisäpolttoaine-moottorien mahdollisuudet.

Nykyään VTEC:n periaatteet ovat levinneet moniin valmistajiin erilaisten varianssien kautta – yksinkertaisista vaiheiden variaatioista aina täysin sähköiseen venttiilien hallintaan asti. Tämä laajentunut käyttö osoittaa innovaation arvoa ja merkitystä.

Sähköistämisen aikakaudella VTEC jatkaa kehittymistään, integroitumalla hybrideihin ja sopeutumalla uusiin polttoaineiden ja päästöjen vaatimuksiin. Autonharrastajille VTEC on edelleen älykästä suorituskykyä – mahdollisuus yhdistää urheiluautoilun nautinto ja päivittäinen tarve tehokkuuteen.