"Семейный Доктор" для Вашей Хонды

Про Хондовские двигатели серии "К" в интернете написано довольно много статей, а обсуждений на различных форумах ещё больше.  Казалось бы:  нет необходимости возвращаться к этой теме и писать что то ещё.  Но вот читая всё э то,  в том  числе в "родном"  CRV-клубе, я регулярно обнаруживаю, что  в сети культивируются некие стереотипы,  которые по моему мнению  не всегда соответствуют действительности. Как правило они базируются на выводах, сделанных кем то и когда то, и не всегда эти выводы обоснованы. Дело доходит до смешного:  статьи из разных источников, написанные в разное время,  содержат абсолютно совпадающие абзацы,  что чётко говорит о заимствовании авторами друг у друга. А потом  всё это разносится по форумам и таким образом зарождаются  мифы, которые живут и множатся, навсегда оторвавшись от первоисточника.  Точно так же в народе рождались сказки, и со временем трудно разобраться: где правда, а где вымысел. 

Вот об этом я и хочу порассуждать, попробовать обосновать или опровергнуть некоторые мифы про двигатели серии "К", а кого то познакомить с этими двигателями.

Часть первая:

"i-VTEC"

Шильдик " i-VTEC" красуется на всех Хондах с этими моторами.  Считается, что это круто, что двигатели с этой системой сочетают повышенную мощность и экономичность. Давайте разбираться.

"i-VTEC"  - это по сути фирменный знак (вроде торговой марки) комплекса из двух систем:

- VTEC - Variable valve Timing and lift Electronic Control (Электронное управление длительностью  и подъёмом клапана );

- VTC - Variable Timing Control (Управление изменяемой фазой).

Для чего всё это нужно? Для начала немного вспомним теорию, что такое мощность двигателя и от чего она зависит.  В общем смысле мощность – это способность двигателя производить некую работу в единицу времени. Чем выше мощность, тем большую работу может он выполнить за одно и то же время. В двигателе внутреннего сгорания мощность складывается из силы давления на поршень во время такта рабочего хода, умноженной на количество этих тактов. Всё просто: один такт - одна "работа", три такта - в три раза больше. Таким образом, чем больше скорость вращения двигателя (и соответственно количество рабочих тактов), тем больше его мощность, т.е. мощность двигателя непостоянна. Но тогда как это соотносится с теми "лошадками", которые указаны в характеристиках двигателя?  Смотрим внимательно: в характеристиках двигателя указывается МАКСИМАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ и в некоторых случаях указывается ещё скорость вращения (обороты) двигателя при которых эта мощность достигается. Казалось бы, в чём проблема? Делаем обороты выше и получаем мощность больше! Но не так всё просто, существует множество проблем ограничивающих скорость вращения ДВС и главная из них – ИНЕРЦИЯ. Например, поршень совершает возвратно-поступательные движения, во время которых двигается в одну сторону, останавливается, двигается в другую и всё это время тратится энергия на разгоны и остановки. Из-за инерции конструкторы двигателей ведут постоянную борьбу за уменьшение массы деталей двигателя. Но есть ещё одна субстанция, с чьей инерцией бороться сложнее - ВОЗДУХ. Тот самый воздух, которым питается двигатель.  Несмотря на то, что воздух кажется таким лёгким и невесомым, он всё таки имеет массу. А если он имеет массу, то он имеет и инерцию. И на тех скоростях, с какими происходят процессы в двигателе,  эта инерция является существенной,  ведь при вращении двигателя со скоростью 1000 об/мин. время впуска составляет  15 микросекунд (0,015 с.).  А на скорости в 5000 об. – всего 3 микросекунды!  И за это время порцию воздуха объёмом в поллитра нужно переместить  из коллектора в цилиндр. Задачка не легче, чем поймать, летящую в тебя гирю.  

С одной стороны, чем выше скорость вращения двигателя тем больше рабочих тактов совершает он за единицу времени и тем больше создаваемая им мощность. Но с другой стороны, чем выше обороты, тем меньше времени отводится на заполнение цилиндра топливо-воздушной смесью, тем меньше её попадёт в цилиндр и сгорит там, а значит меньше будет работа выполненная цилиндром за один такт. Поэтому у стандартного современного бензинового шестнадцатиклапанного двигателя до скорости примерно 5000-6000 об/мин. мощность растёт, но с дальнейшим увеличением скорости начинается падение мощности, обусловленное ухудшением наполняемости цилиндров. Вот где ограничивается максимальная мощность!  

Для её повышения конструкторам приходится изворачиваться и делать время открытия клапанов больше чем время одного такта (всем известно, что клапан начинает открываться до начала такта, а закрывается после окончания такта ). Как это возможно? Ведь если в цилиндре например начинается сжатие, а впускной клапан ещё открыт, то рабочая смесь будет выдавливаться обратно!  На самом деле тут инерция выступает в роли союзника – во время впуска воздух движется из коллектора в цилиндр и мгновенно он остановиться не может, сжатие уже началось,  а воздух по инерции ещё движется в сторону цилиндра и к тому моменту, когда он остановится и начнёт движение обратно клапан уже закроется.  Но и тут засада: как далеко можно одному такту (например впуска)  "заползать на территорию"  другого такта (например сжатия)?   Это зависит от скорости вращения коленчатого вала:   на высоких скоростях можно сделать большее перекрытие тактов - за счёт инерции воздуха и малого времени такта впуска возникает эффект продувки, это позволяет двигателю "дышать" в полную силу и получить от него большую мощность. Но на малых оборотах всё будет наоборот – время перекрытия получается достаточно большим и инерция тут уже не поможет:  сжатие с открытым впускным клапаном начнёт выгонять воздух обратно, или преждевременный выпуск не даст доделать свою работу рабочим газам, что снизит мощность двигателя и увеличит расход  топлива.  По этой причине конструкторы двигателей идут на компромисс и "настраивают" газораспределительный механизм на средние обороты, что в конечном итоге ограничивает максимальную мощность двигателя.

Для  улучшения наполняемости цилиндров смесью применяются разные способы, например популярный сейчас турбонаддув.  Система VTEC позволяет разрешить конфликт иным путём:  газораспределительные валы имеют два набора кулачков разной формы – одни для низких оборотов, другие для высоких.

За счёт переключения кулачков  обеспечивается оптимальные высота и время подъёма клапанов для  экономичной езды на малых оборотах, и оптимальные параметры для получения максимальной мощности на высоких оборотах. 

Правда и тут есть нюанс: параметры кулачков оптимизированы под крайние режимы.  А что делать в промежуточных, ведь переключение параметров происходит скачкообразно? В интернете можно найти видео, где на двадцатилетних "заряженных" Цивиках демонстрируется резкий "подхват" с рывком.  Но двигатели серии "K" работают гораздо эластичнее, т.к. систему VTEC разработчики дополнили системой изменения угла поворота одного распредвала относительно другого – VTC.

На фото справа - звёздочка впускного распредвала с открытым актуатором VTC. Наружная и внутренняя часть актуатора разделены полостями, в которые нагнерается масло под давлением. Полости чередуются (условно чётные и нечётные), давление в чётных и нечётных полостях меняется при помощи клапана управления. В зависимости от разницы этих давлений внутренняя часть звёздочки поворачивается относительно внешней в ту или иную сторону. 
Теперь появилась возможность плавно изменять перекрытие фаз и за счёт этого оптимизировать работу ГРМ во всём диапазоне оборотов двигателя. На сайте www.procivic.ru можно посмотреть очень красивые динамические картинки, илюстрирующие работу VTC:

С таким арсеналом инженеры Хонды смогли без применения наддува отодвинуть "планку" падения мощности на 1500-2000 об. выше и  из "атмосферного" двигателя выжать бОльшую максимальную мощность так, что бы не страдала эффективность двигателя на малых и средних нагрузках. И это действительно сделало семейство этих двигателей неординарным:  "табун в две сотни лошадей" из двухлитрового атмосферника – согласитесь, впечатляет!

А теперь от триумфа переходим к реальности.  Двигателей, у которых полностью реализованы возможности i-VTEC,  в линейке "K" меньшинство. Такими моторами могут похвастаться например владельцы Honda Accord с седьмого поколения (после 2002 г.в.) с двигателем K24A3: 

У этого двигателя двойной набор кулачков и на впуске и на выпуске, переключение VTEC на 6000 об/мин., степень сжатия 10,5 : 1, и выдаёт он 190 л.с. на 7000 об/м. с крутящим моментом 223 Нм на 4500 об/м.

Другой вариант реализации i-VTEC у двигателя K20A (без цифры после буквы A) тоже с выдающимися характеристиками. У этого мотора переключение кулачков только на впуске, а выпускной распредвал имеет по одному кулачку на каждый цилиндр, и через сдвоенный рычаг он открывает два клапана сразу. 

Эти двигатели выдают 220 л.с. на 8000 об/м. и крутящий момент 206 Нм на 7000 об/м. Японцы ставили их на машины "для себя": праворульные Civic Type-R, Integra, Stream…

 Ещё раз обратите внимание на характеристики K24A3 и K20A:  двигатель  бОльшего объёма имеет меньшую максимальную мощность - 190 л.с. против 220! Дьявол как обычно укрывается в деталях - у K20A максимальная мощность развивается на 8000 оборотов против 7000 у K24A3. Как часто Вы крутите мотор до "красной зоны"?  Вот именно... Но зато максимальный крутящий момент у K24A3 выше - 223Нм  и достигается он на вполне повседневных оборотах - 4500, а "двухлитровик" для его максимальных 206 Нютонов надо крутить до 7000 об. Почувствуйте разницу. 

Что имеют остальные моторы этого знаменитого семейства? Большинство "гражданских" Хонд, которые катаются на просторах Американских континентов, Европы, в т.ч. России и СНГ, имеют незаурядные дефорсированные версии этого замечательного двигателя: K20A1 (европейский Stream 01-06 г.), K20A3 (американский Civic 02-05 г.), K20A4 (европейская CR-V 02-06 г.), K24A1 (американская CR-V 02-06 г.), K24A4 (Element 03-06 г.), K24Z1 (американская CR-V 07-11 г.), K24Z4 (европейская CR-V 07-12 г.) и т.д. Список довольно длинный.
Выпускные распредвалы этих двигателей имеют по одному кулачку на цилиндр. А впускные распредвалы формально по два кулачка, но фактически тоже по одному:

Смотрим ещё внимательнее на впускной вал:

Коромысло двойное (а не тройное), один (на фото справа) кулачок нормальный, а второй (левый) слегка выпуклый почти круглый! Когда VTEC выключен, работает только один клапан, а второму клапану круглый кулачок делает "лёгкий массаж". И только когда включается VTEC (тут это происходит на 3000 об.мин.), рокеры объединяются и оба клапана работают по одному стандартному кулачку.
Не верится? Вот в подтверждение сказанного, диаграмма из оригинального сервис-мануала без всяких купюр и редактирования:

Маленький бугорок на левой диаграмме – это работа второго клапана на низких оборотах.
Получается, что до 3000 об/мин. мотор придушен, а после трёх тысяч – это обычный "шестнадцатиклапанник".
Ну и какой толк от такого VTECа? Официально считается, что такое решение придаёт экономичности двигателю на малых нагрузках. Ерунда это! На малых оборотах в двигатель поступает небольшое количество смеси и совершенно неважно, через одну "дырку" она туда будет засасываться или через две. Тот же самый "экономический" эффект легко можно получить просто уменьшив угол открытия дроссельной заслонки и ECM (блок управления двигателем) автоматически уменьшит количество подаваемого в двигатель топлива.

Могу взять на себя смелость заявить, что малофорсированные двигатели из линейки "К" по своим базовым характеристикам несильно отличаются от своих предшественников того же объёма. Предлагаю сравнить основные параметры двухлитровых двигателей, которыми оснащались CR-V первых трёх поколений для европейского рынка (несмотря на множество различий, все они вписаны в одинаковые габариты и примерно одинаковы по массе): 

Как видим K20 немного лучше своего предшественника B20 и даже своего последователя R20, прежде всего это касается крутящего момента, в чём лично я вижу заслугу системы VTC, в остальном различия незначительны или их нет.
Благодаря опять же VTC, двигатели "К" вписываются в более строгие экологические нормы "Евро 4" даже без применения дополнительной системы рециркуляции выпускных газов EGR (частичная рециркуляция видимо обеспечивается за счёт перекрытия фаз).
А что с расходом топлива? Тут конечно надо понимать, что расход зависит не только от двигателя, но и от других характеристик автомобиля, условий его эксплуатации, стиля вождения и даже времени года… Но анализируя информацию из интернета, общаясь с владельцами CR-V на работе, да и из личного опыта, могу сказать, что тут "революции" не произошло – у CR-V всех поколений средний расход примерно одинаковый: 9-11 л./100км. по трассе, и до 15 л. в городе.

"Мораль сей басни такова": в большинстве случаев шильдик "iVTEC"- не более чем рекламная фенька, и мало характеризует реальные способности двигателя. Такие двигатели легко отличить хотя бы по заявленной максимальной мощности - примерно 150 л.с. для 2.0 л.объёма, и 160 л.с. для 2.4л., что не очень то выделяет их на фоне обычных шестнадцатиклапанных моторов того же объёма. Хотя маретинговая уловка делает своё дело - я много раз слышал рассказы от владельцев Хонд с "недоВТЕКовыми" моторами про реальный подхват после 3000 тыс. оборотов... Магия убеждения! 

p.s.   После прочтения этой статьи наверняка у многих возникнет идея: а что если в моторе с одним кулачком на цилиндр включить VTEC с самых низов и заставить мотор заботать на 16-ти клапанах постоянно?  Честно, я тоже задумывался об этом. Но... чуда не будет. Как я уже писал выше: на малых оборотах двигателю и по одному клапану достаточно. Что б удостовериться в этом я провёл эксперимент: на электрическую цепь клапана VTEC и датчика давления VTEC  поставил простую "обманку" из реле с нормально замкнутыми контактами, что бы ECM (блок управления двигателем) не видел реального состояния клапана. А сам клапан подключил к цепи зажигания напрямую. Далее подключил диагностический сканер HDS и сделал несколько поездок с записью параметров. Сначала покатался с постоянно включённым клапаном, потом вернул штатную схему и повторил поездку по тому же маршруту. Разницы не было НИАКОЙ! ... ни в динамие, ни в параметрах. Так что уверяю всех питающих надежды лёгкими путями, каким нибудь "чип-тюнингом" добавить лошадок своему мотору:  не мучайте машину! Без изменений в "железе" ничего вы не сделаете! Разве что сократите ресурс или повысите расход.