کد آمارگیر

سیستم vtec یا همان سیستم "حرکت سوپاپ با جابجایی متغیر" برای اولین بار در سال 1988 توسط شرکت هوندا در ژاپن معرفی شد و تا کنون که حدود دو دهه از عمر آن می گذرد کماکان با انواع جدید تر در صدر اخبار تکنولوژی موتورهای چهارزمانه بنزینی دنیا قرار دارد. این سیستم در ابتدا با نصب روی موتور های با دو میل بادامک (DOHC) که موتورهایی با شتاب کمتر و اینرسی بالایی بودند وارد بازار شد و انقلابی را در صنعت موتور منجر شد که به تدریج از ژاپن و اروپا وارد تکنولوژی خودروسازان امریکایی نیز شد. سپس با پیشرفت آن و نصب روی موتورهای با یک میل بادامک که دارای دور بالا و با اینرسی کم هستند وارد بازار شد. مزیت این سیستم کاهش افت های فشار ناشی از باز و بسته شدن سوپاپ ها است که در دور های مختلف متفاوت است. در موتور های بدون کمک از این سیستم باز و بسته شدن سوپاپ ها برای دور های مشخصی طراحی می شوند و در دور های دیگر دارای بازده حجمی کمتری هستند. با کمک این سیستم در محدوده ی وسیعتری از دور موتور دارای بازده حجمی طراحی شده است. vtec در تمامی مراحل پیشرفت خود توسط شرکت هوندای ژاپن ارائه شد و هم اکنون هم توسط همین شرکت در حال توسعه است. در حال حاضر نوع ivtec که نوع هوشمند این سیستم است و با ECU کار میکند.

          =عملکرد ==VTEC

مکانیزم طراحی شده برای VTEC استفاده از فشار هیدرولیکی برای جا زدن پین است که دو اهرم سوپاپ های همجوار را به یکدیگر قفل میکند. هنگامي كه موتور در دورهاي پايين است سوپاپ ها بصورت معمولي كار ميكنند و هنگامي كه دور موتور از مقدار معيني بالاتر رفت با استفاده از فشار هيدروليك يك پين دو اهرم دو سوپاپ مجاور را به يكديگر قفل ميكند و پس از آن سوپاپ ها بر اساس پروفيل بادامك خشن تر (در شكل پايين، بادامك سمت چپ) باز و بسته خواهند شد. هنگامي كه دور موتور از مقدار مشخص شده پايين تر آمد پين توسط يك فنر به حالت اوليه بر ميگردد و بدين ترتيب پس در دو محدوده از دور موتور حركت سوپاپ ها بهينه مي شود كه باعث افزايش قابل ملاحظه ي بازده حجمي مي شود.

مختصري درباره پروفيل بادامك و بازده حجمي

در شكل پايين نمودار جابجايي سوپاپ توسط يك بادامك شرح داده شده است. محور افقي زاويه بر اساس حركت ميل لنگ است و محور عمودي جابجايي سوپاپ از حالت سكون خود است. كل نمودار به 5 منطقه تقسيم مي شود. دو منطقه اول و دو منطقه آخر بر اساس منحني درجه سه طراحي ميشوند بطوريكه در محل مرز بين آن دو داراي پيوستگي تابع و مشتق اول و دوم باشد. منطقه وسط هم بصورت خط افقي در نظر گرفته ميشود. پارامتر هايي كه براي بهينه كردن اين نمودار تغيير مي كنند عبارتد از:

        Timing، Lift، Ramp up، Ramp down، IVO/EVO و IVC/EVC.

بهينه سازي پروفيل ها و نمودار هاي جابجايي سوپاپ ها بر پايه تجربه و يا با استفاده از نرم افزارهاي شبيه سازي موتور مانند gtPower و يا Virtual4Stroke صورت مي گيرد و بر مبناي افزايش بازده حجمي موتور در يك دور مشخص انجام مي شود. بازده حجمي موتور عبارتست از ميزان جرم هواي وارد شده از ورودی به موتور در يك سيكل به ميزان جرم معادل جابجايي سيلندر با توجه به شرايط محيط و در واقع به اين معناست كه هرچه افتهاي فشار در طول مسير ورود هوا به موتور بيشتر باشد بازده حجمي كمتر خواهد بود. [2]

  Volumetric Efficiency= mas/mvref

mas= جرم هوای وارد شده به سیلندر از طریق مجرای ورودی

mvref= جرم هوای معادل جابجایی سیلندر با توجه به شرایط محیط

حركت سوپاپ ها و باز و بسته شدن آنها درحين ورود هوا و يا خروج گازهاي حاصل احتراق باعث افت فشار مي شوند كه از بازده حجمي موتور مي كاهد و در نتيجه قدرت خروجي موتور هم به همان نسبت كاهش مي يابد. بنابراين پس از بهينه سازي پروفيل بادامك و مخصوصاً بادامك ورود هوا در يك دور مشخص، قدرت موتور به اندازه ي قابل توجهي افزايش خواهد يافت. اين مقدار تا حدود 9 درصد قدرت موتور هم مي رسد.[1] اما اين بهينه سازي همانطور كه گفته شد در دور مشخص انجام مي شود و قدرت موتور را در همان دور و محدوده نزديك آن افزايش ميدهد و ممكن است در دور هاي ديگر موتور باعث افت بازده حجمي موتور شود. كاري در سيستم vtec انجام مي شود اين است كه در نواحي ديگر هم پروفيل بهينه بادامك را در افزايش بازده حجمي دخالت مي دهد كه در بدو استفاده از vtec تنها بر روي يك ناحيه ي اضافي صورت ميگرفت و اكنون در سيستم هاي ivtec در كليه ي دور هاي موتور دخالت داده مي شود.

تكامل VTEC

حرکت خودروسازان به سمت ساخت موتورهایی با حجم کمتر، آلودگي كمتر و مصرف كمتر و درعین حال قدرت بیشتر باعث شد كه خودروسازان به سمت تكنولوژي هاي جديد بروند. براي مثال شركت تويوتا تكنولوژي جديدي به نام VVT و شركت نيسان تكنولوژي VVL و شركت پورشه تكنولوژي VarioCamرا گسترش داد. در اين ميان شركت هوندا هم با تكنولوژي مشابهي وارد اين سيستم رقابتي شد كه همان Vtecاست. براي اولين بار در سال 1988 با معرفي موتور جديدي روي خودروي هوندا سیویک CRX SiR با 160 اسب بخار تكنولوژي vtec را وارد بازار كرد. Vtec در ابتدا روي موتورهاي با دو ميل بادامك (DOHC) راه اندازي شد و سپس روي موتور سبك تر كسترش يافت. خلاصه اي از تكامل اين سيستم در پايين آمده است:

در موتورهای دومیل بادامکه DOHC

در موتورهای یک میل بادامکه SOHC

در موتورهاي يك ميل بادامكه با اولويت مصرف كم SOHC-E

سه مرحله ای 3-Stage

DHHC-DI

هوشمند i-VTEC

i-VTEC I

هیبریدی هوشمند i-VTEC Hybrid

Hyper VTEC

پیشرفته Advanced

استفاده در موتور سیکلت ها

 در موتورهای دومیل بادامکه DOHC

همانطور كه گفته شد براي اولين بار سيستم vtec در اين نوع موتورها مورد استفاده قرار گرفتند:

1988: معرفی توسط شرکت هوندا در موتور مسابقه ای: هوندا سیویک CRX SiR با 160 اسب بخار در اروپا و ژاپن

1990: در موتور مسابقه ای دومیل بادامکه آکورا: خودروی آکورا NSX با 270 اسب بخار در آمریکا

در اين نوع موتور از دو ميل بادامك هر كدام براي ورودي هوا و يا خروجي گازهاي حاصل احتراق استفاده مي شود و بنابراين محدوديت استفاده از سيستم vtec را بر روي سوپاپهاي خروجي (همانند موتورهاي SOHC كه در ادامه توضيح داده خواهد شد) ندارد. در شكل پايين نحوه ي بهينه سازي حركت سوپاپ ها را براي موتورهاي DOHC نشان داده شده است.

همانطور كه در شكل بالا ديده مي شود در دورهاي بالا Timing سوپاپ هاي ورودي و خروجي زياد مي شود ولي در محدوده ي همپوشاني دو سوپاپ تغيير محسوسي اتفاق نمي افتد. همچنين تغييري در Lift سوپاپ ها هم اتفاق نمي افتد چرا كه در اين نوع موتورها افزايش Lift سوپاپ ها تاثيري در بازده حجمي موتور ندارند و آن هم به علت محدود شدن عبور گازها توسط مجراي ورودي يا خروجي قبل از محدود شدن توسط مجراي ايجاد شده توسط سوپاپها.

در شكل بالا نمونه اي از ميل بادامك مورد استفاده در اين نوع موتورهاي را نشان مي دهد. دوسوپاپ نشان داده شده در هر دوشكل راستو چپ متعلق به ورود هوا و يا خروج گازهاي حاصل احتراق هستند. براي دو سوپاپ سه بادامك وجود دارد كه دو بادامك اول و سوم همانند يكديگرند و در دورهاي پايين مورد استفاده قرار ميگيرد و بادامك وسط براي دورهاي بالا استفاده مي شود. هنگامي كه دور موتور از مقدار مشخصي بيشتر شد توسط فشار هيدروليكي پيني جازده خاهد شد به طوري كه اهرم هاي انتقال حركت بادامك به سوپاپ بر اساس بادامك وسط حركت كنند و بدين ترتيب در دورهاي بالا سوپاپ ها حركت متفاوتي نسبت به دورهاي پايين خواهند داشت.

اين مكانيزم مي تواند دورموتور را پايدار نگه دارد، مصرف سوخت و آلودگي هوا را در دورهاي پايين كاهش مي دهد و همچنين باعث مي شود كه در دورهاي بالاي موتور افتهاي ناشي از اصطكاك دروني توسط افزايش بازده حجمي جبران شود.

عكس بالا نمونه ي موتور DOHC VTEC است كه متعلق به شركت هونداست. اين نوع موتورها را مي توان با انواع توربوشارژ شده در حجم مشابه مقايسه كرد. به عنوان مثال دو موتور زير كه داراي حجم مشابهي هستند قدرتهاي تقريباً يكساني دارند.

E-DC2 Integra : 1797cc DOHC VTEC B18C

RPS-13 Nissan : 1800cc DOHC Turbo-Intercooled

در موتورهای با يك ميل بادامک SOHC

پس از آنكه شركت هوندا سيستم vtec را بر روي موتورهاي DOHC روانه ي بازار كرد گسترش اين سيستم را بر روي موتورهاي SOHC را نيز آغاز كرد. فرق اين نوع موتورها با انواع DOHC در استفاده از سيستم vtec در اين است كه در موتورهاي با يك ميل بادامك نمي توان حركت سوپاپ هاي اگزوز را هم تحت كنترل در آورد و تنها سوپاپ هاي گازهاي ورودي تحت سيستم Vtec كار ميكنند. دليل آن هم در ارتباط مستقيم زمان جرقه زدن شمع است با حركت سوپاپ هاي اگزوز. بنابراين نمي توان تغييري در حركت سوپاپهاي اگزوز بوجود آورد.

اما از آنجاييكه موتورهاي SOHC از اينرسي حركتي كمتري نسبت به موتورهاي DOHC برخوردارند معمولا داراي دورهاي بسيار بالاتري هستند و از آنجاييكه داراي تجهيزات بسيار كمتري هستند معمولاً از وزن و حجم كمتري هم برخوردارند.

در اين موتورها استفاده از سيستم vtec باعث مي شود كه قدرت موتور در دورهاي بالا يك افزايش حدود 30 درصدي داشته باشد. مقايسه ي اين نوع موتور ها با انواع DOHC نشان ميدهد كه مي توان با حجم بسيار كمتر قدرت خروجي بسيار بيشتري داشته باشيم. در پايين يك موتور SOHC VTEC را با دو موتور DOHC اما با قدرتهاي مساوي مقايسه شده اند:

Civic Ferio VTi: 1493cc SOHC VTEC D15B

1600cc DOHC

1800cc DOHC fuel-injected

در موتورهاي با يك ميل بادامك SOHC-E

در اين موتورها همانند SOHC VTEC نمي توان سيستم Vtec را بر روي سوپاپ هاي اگزوز نصب كرد. تفاوتي كه با سيستم نسل قبل خود يعني SOHC دارد در اين است كه تنها يكي از سوپاپ ها در دورهاي پايين به مقدار جزيي باز مي شود و همين باعث مي شود كه ذرات سوخت كه در هوا مخلوط شده اند بر اثر عبور از مجراي تنگ به ذرات ريز تري تقسيم شوند و در نتيجه مخلوط سوخت و هواي بسيار بهتري خواهيم داشت و همچنين احتراق كامل تري اتفاق مي افتد. بر اثر اين سيستم نسبت هوا به سوخت بيشتري تا حدود 20 به 1 مي توانيم داشته باشيم (چرا كه سوخت آمادگي بيشتري براي احتراق دارد)، از آنجا كه ميزان هواي ورودي به موتور را نميتوان زياد كرد ميزان سوخت را كم مي كنند كه نتيجه ي احتراق تفاوتي با قبل (بدون سيستم vtec) نمي كند. بنابراين با كم كردن سوخت ورودي قدرت مشابهي در موتور ايجاد مي شود و اين به معناي مصرف سوخت كمتر است. اين كاهش مصرف سوخت در اين نوع موتورها تا 20 كيلومتر بر ليتر هم مي رسد. از آنجاييكه مخلوط سوخت و هوا داراي ذرات ريزتري از سوخت است بنابراين احتراق كاملتري اتفاق خواهد افتاد و اين به معناي آلودگي هواي كمتر است.

در دورهاي بالا سوپاپ ها همانند سيستم SOHC VTEC كار مي كنند.

در كل كاهش مصرف سوخت و كاهش آلودگي كه نتايج استفاده از اين سيستم است منجر ميشود كه بازده حجمي موتور به ميزان قابل ملاحظه اي تا حدود 7 درصد كاهش يابد. دليل اصلي اين موضوع در اين است كه با جزيي باز شدن سوپاپ ها افت فشار زيادي را به موتور وارد مي كند.

سه مرحله ای 3-Stage

اين سيستم را به نوعي مي توان مدل بسيار متكاملي از سيستم SOHC VTEV-E دانست. چرا كه در سيستم SOHC VTEV-E كم كردن مصرف سوخت منجر به كم شدن قدرت موتور نيز شد اما در اين سيستم جديد كه طي چند مرحله انجام ميشود علاوه بر كم كردن مصرف سوخت، قدرت خروجي موتور هم همانند سيستم SOHC VTEC افزايش مي يابد. در شكل پايين نحوه ي چگونگي عملكرد اين سيستم نشان داده شده است.

همانطور كه گفته شد اين سيستم طي چند مرحله انجام ميشود. در مرحله اول كه در دورهاي پايين است يكي از سوپاپ ها همانند سيستم SOHC VTEV-E به صورت جزيي باز ميشود كه باعث خرد شدن بيش از پيش ذرات سوخت معلق در هوا و در پي آن احتراق بهتر و كاهش مصرف سوخت مي شود و سوپاپ ديگر روي يك بادامك هرز قرار ميگيرد كه باعث مي شود ثابت و بسته باقي بماند. معمولاً اين مرحله تا دورهاي كمتر از 2500 دور بر دقيقه ادامه خواهد داشت. پس از آن تا حدود دورهاي 6000 دور بر دقيقه هر دو سوپاپ بر روي همان بادامك قرار خواهند گرفت و باز خواهند شد كه باز هم همانند سيستم SOHC VTEV-E است. پس از آن با قرار گرفتن سوپاپ ها روي يك بادامك ديگر و باز شدن بيش از پيش بازده حجمي موتور نيز افزايش مي يابد كه باعث مي شود قدرت موتور نيز افزايش يابد. در اين سيستم نحوه ي قرارگيري سوپاپ ها برروي بادامك ها براساس فشار روغن سيستم است كه در شكل نشان داده شده است و از طريق افزايش

سيستم كنترل هوشمند حركت سوپاپها i-VTEC

اين سيستم كه نوع هنوز كاملتري نسبت به نوع قبلي است از كنترل الكترونيكي بهره گرفته و در واقع در مقايسه با سيستم 3-Stage كه يك سيستم سه مرحله اي بود، يك سيستم n مرحله اي است. با بهره گيري از vtc حركت سوپاپ ها بوسيله ي ECU كنترل مي شود و بدين ترتيب سيستم براي كليه ي دورهاي موتور بهينه خواهد بود. بطور خلاصه اين سيستم همانند 3-Stage در دورهاي پائین مشابه SOHC VTEC-E و در دورهای بالا مشابه SOHC VTEC عمل خواهد كرد.

در نهايت مصرف سوخت با كمك اين سيستم توانسته است از سيستم 3-Stage هم كمتر شود. عملكرد vtc

همانطور كه گفته شد در i-vtec از سيستم vtc كمك گرفته شده است. در اينجا به معرفي مختصر اين سيستم مي پردازيم.

در شكل بالا نحوه ي اتصال vtc و vtec نشان داده شده است. ECU به عنوان پردازشگر، اطلاعات مورد نياز براي تحليل را توسط سنسورهاي مختلفي دريافت مي كند. با سنسوري كه بر روي بادامك قرار دارد و با توجه با دور موتور، گشتاور وارد بر دور موتور و همچنين با برخورداري از يك جدول كاليبراسيون به شيرهاي فشار روغن فرمان مي دهد و محرك vtc را تنظيم مي شود و و بدين ترتيب زمان باز شدن سوپاپ ها را تعيين مي شود. نحوه عملكرد محرك vtc نيز در پايين نشان داده شده است. عملكرد محرك vtc

هنگامي كه گشتاور موتور تغيير مي­كند فشار درون منيفولد هم به همان نسبت تغيير ميكند بنابراين با اندازه گيري اين فشار توسط سنسور فشار و اطلاع به ECU ميزان فشار روغن براي شير روغن محرك vtc تعيين مي گردد. با اعمال فشار روغن عملگر vtc به لغزنده نشان داده شده در شكل بالا، باعث مي شود كه لغزنده درون چرخ محرك vtc حركت كند كه اين حركت منجر به چرخش آن مي شود و اين چرخش لغزنده مستقيماً به ميل بادامك منتقل مي گردد و در نتيجه ميل بادامك يك چرخش اضافي هم خواهد داشت.

بنابراين با اين سيستم مي توان زمان باز و بسته شدن سوپاپ ها را به تاخير و يا به جلو انداخت.

علاوه بر موارد ذكر شده، سيستم vtc، با استفاده از باز و بسته كردن يك دريچه ي هوا بر سر لوله هاي ورودي هوا به موتور (intake runnerها) به نوعي طول معادل اين لوله ها را با توجه به دور موتور و بار آن تعیین میکند که این خود به تنهایی در افزایش بازده حجمی موتور تاثیر بسیاری دارد.

شکل بالا نحوه ی کارکرد تنظیم intake runner ها را نشان می دهد. در اینجا بعد از منیفولد، هر کدام از intake runner ها به دو مسیر کوتاه و بلند منشعب می شوند که دوباره قبل از ورود به سیلندر به یکدیگر می رسند. در محل انشعاب آنها همانطور که گفته شد یک دریچه هوا وجود دارد که تعیین می کند که هوا از کدام مسیر وارد سیلندر شود. در دورهای پایین این دریچه بسته است و بنابراین طول runnerها زیاد است. هنگامی که موتور در دورهای بالا قرار دارد، دریچه هوا باز میشود و هوا از مسیر کوتاه تر به سیلندر میرسد که به معنای runnerهای کوتاه تر است. در دورهای میانی دریچه به حالت نیمه باز تنظیم میشود و باعث میشود که طول معادل runnerها تغییرکند. بدین ترتیب به ازای دورهای مختلف طول های معادل مختلفی خواهیم داشت.
 

با استفاده از سیستم vtc، سیستم vtec به ivtec نام گذاری میشود که دارای ویژگیهای کلی زیر است:

n دارای نمودار گشتاور در محدوده وسیعتری از دور موتور

n افزایش گشتاور موتور در انتهای نمودار

n کاهش چشمگیر آلودگی هوا

نسل های بعدی

پس از ivtec انواع دیگری از vtec هم گسترش یافتند که می توان به نوع Vtec Hybrid که ترکیب iVTEC و تکنولوژی IMA هوندا است، Hyper VTEC و Advanced VTEC اشاره کرد.