A motor teljesítménye – beleértve a teljesítményleadást, a nyomatékot, az üzemanyag-hatékonyságot és a károsanyag-kibocsátást – több tucat pontosan beállított tényezőtől függ. Az egyik legkritikusabb, mégis gyakran figyelmen kívül hagyott tényező a szelepvezérlés: az a pontos pillanat, amikor a szívó- és kipufogószelepek kinyílnak és bezáródnak az egyes motorkörök során. A változó szelepvezérlési (VVT) rendszereket azért fejlesztették ki, hogy minden menetállapotban optimalizálják ezt az időzítést, és alapvetően megváltoztatták a modern motorok teljesítményét.
Hogyan vezérlik a szelepeket a hagyományos motorban
A hagyományos négylöketű belső égésű motorban a szívó- és kipufogószelepeket a vezérműtengely bütyökbordái működtetik. Ezeknek a bordáknak az alakja három kulcsfontosságú jellemzőt határoz meg:
- Időzítés — mikor nyílik ki és záródik be a szelep a dugattyú helyzetéhez képest
- Időtartam — mennyi ideig marad nyitva a szelep (a fázis szélessége)
- Emelkedés — mennyit mozdul el a szelep az ülőfelületéről
A legtöbb hagyományos motorban ezek a fázisok rögzítettek – a vezérműtengely profilja soha nem változik, függetlenül attól, hogy épp alapjáraton állunk a forgalomban, vagy autópályán gyorsítunk. Ez a merevség alapvető korlát.
Miért jelent problémát a rögzített szelepvezérlés
A gáz viselkedése a hengerben, a szívócsatornákban és a kipufogócsatornákban jelentősen változik a motor fordulatszámától és terhelésétől függően. Az áramlási sebesség folyamatosan változik, és a szívó-, illetve kipufogócsatornákban keletkező nyomáshullámok az időzítéstől függően elősegíthetik vagy ronthatják a henger töltését. Ezért egyetlen rögzített szelepvezérlési beállítás nem lehet optimális minden működési feltétel mellett.
Íme, hogyan különbözik az ideális szelepvezérlés a két leggyakoribb forgatókönyv esetén:
- Alapjáraton: Szűk szelepvezérlési fázisok a legjobbak – késői nyitás és korai zárás, minimális vagy semmiféle szelepátfedéssel (az a rövid időszak, amikor mindkét szelep egyszerre nyitva van). Ez megakadályozza, hogy a kipufogógázok visszaáramoljanak a szívógyűjtőbe, vagy az elégetetlen keverék a kipufogóba kerüljön.
- Maximális teljesítménynél: Széles fázisokra van szükség – a szelepeknek korábban kell kinyílniuk és tovább nyitva maradniuk, hogy a lehető legnagyobb levegő-üzemanyag keverék juthasson a hengerekbe. A szélesebb átfedési fázis szintén hatékonyabban segíti a kipufogógázok eltávolítását magas fordulatszámon.
A motortervezők ezért nehéz kompromisszumokra kényszerülnek. Egyetlen rögzített vezérműtengely-profilnak egyszerre kell biztosítania:
- Erős alsó és közepes fordulatszámon jelentkező nyomatékot
- Elfogadható csúcsteljesítményt
- Sima, stabil alapjáratot
- Jó üzemanyag-hatékonyságot és alacsony kibocsátást
Mindezen követelmények egyetlen statikus vezérműtengely-profillal való kielégítése szinte lehetetlen – pontosan ezért találták fel a változó szelepvezérlést.
Mit csinál a változó szelepvezérlés
A változó szelepvezérlési rendszerek lehetővé teszik, hogy a motor szelepviselkedése valós időben alkalmazkodjon a változó menetfeltételekhez. A fázisidőzítés, az időtartam és az emelkedés szabályozásával a mérnökök mechanikai kompromisszumok nélkül alapvetően átalakíthatják a motor teljesítménygörbéjét. A lehetséges előnyök közé tartozik:
- Nagyobb nyomaték szélesebb fordulatszám-tartományon
- Magasabb csúcsteljesítmény
- Jobb üzemanyag-hatékonyság
- Csökkentett kipufogókibocsátás
- Simább alapjárat és gázpedál-reakció
A változó szelepvezérlési rendszerek típusai
Fázistolók (vezérműtengely-fázistolók)
A leggyakoribb VVT-megközelítés egy fázistolót alkalmaz – egy hidraulikusan működtetett tengelykapcsolót, amely a vezérműtengelyt elforgatja a forgattyústengelyhez képest. Ahogy a motor fordulatszáma emelkedik, a rendszer előre tolja a szívó vezérműtengelyt, amitől a szívószelepek korábban nyílnak ki. Ez javítja a hengertöltést magas fordulatszámon. A legtöbb megvalósítás csak a szívó vezérműtengelyen működik, bár a kettős vezérműtengelyes rendszerek (például a BMW Double VANOS) a szívó- és kipufogó-időzítést egymástól függetlenül is szabályozzák.
Változó fázisszélesség-rendszerek
A fejlettebb rendszerek nem csupán a fázis eltolásán mennek túl – képesek azt szélesíteni vagy szűkíteni is. Egy közismert példa a Toyota VVTL-i rendszere, amely ugyanazon a tengelyen két vezérműtengely-profilt alkalmaz:
- 6 000 ford/perc alatt a normál bütyökborda vezérli a szelep mozgását
- 6 000 ford/perc felett egy agresszívabb profilú másodlagos bütyök veszi át az irányítást, kiszélesítve az időzítési fázist és növelve a szelepliftet
- Ahogy a motor közelíti a 8 500 ford/perc-es fordulatszám-határt, ez az átmenet egy jellegzetes teljesítménylöketet ad – érzékelhető „második szél” kemény gyorsítás közben
Változó szelepemeléses rendszerek
Az, hogy mikor nyílnak ki a szelepek, egy dolog – de az, hogy mennyire nyílnak ki, egészen más kérdés. A változó emelkedési rendszerek, mint a BMW Valvetronic vagy a Nissan VVEL, lehetővé teszik, hogy a szívószelep emelkedése folyamatosan állítható legyen a gázpedál-állástól függően.
Ez a megközelítés jelentős előnnyel jár: szükségtelenné teheti a hagyományos fojtószelepet. Íme, miért fontos ez:
- A hagyományos fojtószelep kis terhelésen részleges vákuumot hoz létre a szívócsatornában, növelve a pumpálási veszteségeket
- Ez a vákuum lassítja a gázáramlást, rontja a hengertöltés minőségét, és tompítja a gáz-reakciót
- Azzal, hogy a motorterhelést szeleplift révén szabályozzák, a szívócsatorna nagyrészt korlátozásmentes maradhat
Az eredmények jelentősek. A fojtószelep nélküli változó liftes rendszerek jellemzően:
- 8–15%-os javulást hoznak az üzemanyag-hatékonyságban
- 5–15%-os növekedést produkálnak mind a csúcsteljesítményben, mind a nyomatékban
- Érezhetően élesebb gáz-reakciót biztosítanak, különösen alacsony sebességen
Elektromágneses szelepvezérlés
A szelepvezérlés legfejlettebb koncepciója teljesen felváltja a mechanikus vezérműtengelyeket elektromágnesesen működtetett szelepekkel. Minden egyes szelepet önálló elektronikus szolenoidok nyitnak és zárnak, így a motor vezérlőrendszere teljes szabadsággal rendelkezik az időzítés, az emelkedés és az időtartam felett minden egyes szelep minden egyes ciklusában.
A lehetőségek, amelyeket ez megnyit, figyelemre méltóak:
- Tökéletesen optimalizált szelepvezérlés minden fordulatszám és terhelési feltétel esetén
- Egyedi henger-deaktiváció kis terhelésű menetben az üzemanyag-megtakarítás érdekében
- Dinamikus váltás az égési ciklusok között – például egy négylöketű motor menetközben hatoklöketűvé alakítható
- A vezérműtengely és a kapcsolódó mechanikus veszteségek teljes kiiktatása
Az elektromágneses szelephajtások nagyrészt még a kutatás-fejlesztési fázisban vannak, de a belső égésű motorok hatékonyságának újradefiniálásában rejlő potenciáljuk jelentős. Hogy eljutnak-e a tömeggyártásba a közeljövőben, az még kérdéses.
Összefoglalás
A változó szelepvezérlés a modern motorfejlesztés egyik legmeghatározóbb technológiája. Azáltal, hogy a szelepviselkedést minden menetállapothoz – a városi alapjárattól a teljes gázos gyorsításig – hozzáigazítja, a VVT-rendszerek lehetővé teszik a mérnökök számára, hogy olyan motorokat tervezzenek, amelyek egyszerre erősebbek, hatékonyabbak és tisztábbak, mint a rögzített időzítésű kialakítások valaha is lehetnének.
Mindazonáltal a szelepvezérlés optimalizálásának megvannak a korlátai. A teljesítmény, a nyomaték és a hatékonyság terén adott hengerűrtartalomból kinyerhető további nyereségek egyre inkább más technológiáktól fognak függeni – kombinált kényszerbeszívási rendszerektől, változó kompresszióarányt alkalmazó motoroktól és alternatív üzemanyagoktól. De ez már egy másik cikk témája.
Ez egy fordítás. Az eredetit itt olvashatja: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
Közzététel január 13, 2022 • 6 perc olvasási idő
