Afköst vélar — þar á meðal afl, snúningsvægi, eldsneytisnýtni og útblástur — ráðast af tugum nákvæmlega stilltra þátta. Einn sá mikilvægasti, en þó oft vanræktur, er ventlatímasetning: nákvæmlega sú stund þegar inntaks- og útblástursventlar opnast og lokast í hverri vélarlotu. Kerfi fyrir breytilega ventlatímasetningu (VVT) voru þróuð til að fínstilla þessa tímasetningu við allar akstursaðstæður, og þau hafa gjörbreytt afköstum nútímavéla.
Hvernig ventlum er stýrt í hefðbundinni vél
Í hefðbundinni fjórgengis brunavél eru inntaks- og útblástursventlar knúnir af nöbbum á knastásnum. Lögun þessara nabba ákvarðar þrjú lykileinkenni:
- Tímasetning — hvenær ventillinn opnast og lokast miðað við stöðu stimpilsins
- Lengd — hve lengi ventillinn helst opinn (breidd fasans)
- Lyfting — hve langt ventillinn ferðast frá sæti sínu
Í flestum hefðbundnum vélum eru þessir fasar fastir — snið knastássins breytist aldrei, hvort sem þú ert í lausagangi í umferð eða að taka af stað á hraðbrautinni. Þessi ósveigjanleiki er grundvallartakmörkun.
Hvers vegna föst ventlatímasetning er vandamál
Hegðun lofttegunda inni í strokknum, inntaksrásum og útblástursrásum breytist verulega eftir snúningshraða og álagi vélarinnar. Flæðishraði breytist stöðugt, og þrýstibylgjur í inntaks- og útblástursrásum geta annaðhvort hjálpað eða skaðað fyllingu strokksins eftir tímasetningu. Vegna þessa getur ein föst ventlatímasetning ekki verið kjörstilling við allar rekstraraðstæður.
Svona er munurinn á kjörventlatímasetningu milli tveggja algengra aðstæðna:
- Í lausagangi: Þröngir ventlafasar virka best — sein opnun og snemmbúin lokun, með lágmarks eða engri ventlaskörun (stutta tímabilið þegar bæði inntaks- og útblástursventlar eru opnir samtímis). Þetta kemur í veg fyrir að útblásturslofttegundir þrýstist aftur inn í inntaksgreinina eða að óbrunnin blanda sleppi út í útblásturinn.
- Við hámarksafl: Breiðir fasar eru nauðsynlegir — ventlar ættu að opnast fyrr og haldast opnir lengur til að hleypa hámarksrúmmáli af loft-eldsneytisblöndu inn í strokkana. Breiðari skörunarfasi hjálpar einnig til við að hreinsa útblásturslofttegundir á skilvirkari hátt við háan snúningshraða.
Vélahönnuðir neyðast því til að gera erfiðar málamiðlanir. Eitt fast knastássnið verður samtímis að skila:
- Sterku snúningsvægi á lágu og miðlungs snúningssviði
- Viðunandi afli á efra snúningssviði
- Mjúkum, stöðugum lausagangi
- Góðri eldsneytisnýtni og lágum útblæstri
Það er nánast ómögulegt að uppfylla allar þessar kröfur með einu föstu knastássniði — sem er einmitt ástæðan fyrir því að breytileg ventlatímasetning var fundin upp.
Hvað breytileg ventlatímasetning gerir
Kerfi fyrir breytilega ventlatímasetningu gera vélinni kleift að aðlaga hegðun ventlanna í rauntíma að breytilegum akstursaðstæðum. Með því að breyta fasatímasetningu, lengd og lyftingu geta verkfræðingar gjörbreytt aflferli vélar án vélrænnar málamiðlunar. Mögulegur ávinningur felur í sér:
- Aukið snúningsvægi á breiðara snúningssviði
- Hærra hámarksafl
- Bætta eldsneytisnýtni
- Minni útblástur
- Mýkri lausagang og inngjafarsvörun
Tegundir kerfa fyrir breytilega ventlatímasetningu
Fasahliðrarar (knastásfasarar)
Algengasta VVT-aðferðin notar fasahliðrara — vökvaknúna kúplingu sem snýr knastásnum miðað við sveifarásinn. Eftir því sem snúningshraði vélarinnar eykst færir kerfið inntaksknastásinn fram, sem veldur því að inntaksventlar opnast fyrr. Þetta bætir fyllingu strokksins við háan snúningshraða. Flestar útfærslur vinna aðeins á inntaksknastásnum, þó að tvíknastáskerfi (eins og Double VANOS frá BMW) stilli bæði inntaks- og útblásturstímasetningu sjálfstætt.
Kerfi með breytilegri fasabreidd
Fullkomnari kerfi ganga lengra en að hliðra einfaldlega fasanum — þau geta einnig breikkað hann eða þrengt. Vel þekkt dæmi er VVTL-i kerfi Toyota, sem notar tvö knastássnið á sama ásnum:
- Undir 6.000 snún./mín. stýrir hefðbundni knastnabbinn hreyfingu ventlanna
- Yfir 6.000 snún./mín. tekur annar knastur með ágengara sniði við, breikkar tímasetningarfasann og eykur ventlalyftingu
- Þegar vélin nálgast 8.500 snún./mín. hámarkið skilar þessi umskipti sérstöku aflskoti — áberandi „öðrum vindi“ við harða hröðun
Kerfi með breytilegri ventlalyftingu
Að breyta því hvenær ventlar opnast er eitt — að breyta því hve langt þeir opnast er annað. Kerfi með breytilegri lyftingu, eins og Valvetronic frá BMW eða VVEL frá Nissan, gera kleift að stilla inntaksventlalyftingu stöðugt eftir stöðu inngjafarinnar.
Þessi aðferð býður upp á verulegan kost: hún getur útrýmt þörfinni fyrir hefðbundinn inngjafarloka. Hér er ástæðan fyrir því að það skiptir máli:
- Hefðbundin inngjöf skapar hlutatómarúm í inntaksrásinni við lítið álag, sem eykur dælutap
- Þetta tómarúm hægir á gasflæði, skerðir gæði strokkfyllingar og deyfir inngjafarsvörun
- Með því að stýra vélarálagi í gegnum ventlalyftingu í staðinn getur inntakið verið að mestu óhindrað
Niðurstöðurnar eru umtalsverðar. Inngjafarlaus kerfi með breytilegri lyftingu skila yfirleitt:
- 8–15% bætingu á eldsneytisnýtni
- 5–15% aukningu í bæði hámarksafli og snúningsvægi
- Áberandi skarpari inngjafarsvörun, sérstaklega á lágum hraða
Rafsegulstýring ventla
Fullkomnasta hugmyndin í ventlastýringu skiptir vélrænum knastásum algjörlega út fyrir rafsegulstýrða ventla. Hver ventill er opnaður og lokaður sjálfstætt af rafeindastýrðum segulrofum, sem gefur stjórnkerfi vélarinnar fullt frelsi yfir tímasetningu, lyftingu og lengd fyrir hvern einstakan ventil í hverri lotu.
Möguleikarnir sem þetta opnar á eru ótrúlegir:
- Fullkomlega fínstillt ventlatímasetning fyrir hvern snúningshraða og álagsskilyrði
- Aftenging einstakra strokka við akstur með litlu álagi til að spara eldsneyti
- Kvik skipting milli brunalota — til dæmis að breyta fjórgengisvél í sexgengisuppsetningu á augabragði
- Algjör útrýming knastássins og tengdra vélrænna tapa
Rafsegulstýrð ventlakerfi eru enn að mestu á rannsóknar- og þróunarstigi, en möguleikar þeirra til að endurskilgreina nýtni brunavéla eru verulegir. Hvort þau ná fjöldaframleiðslu í náinni framtíð á eftir að koma í ljós.
Niðurstaðan
Breytileg ventlatímasetning er ein áhrifamesta tæknin í þróun nútímavéla. Með því að aðlaga hegðun ventlanna að hverjum akstursaðstæðum — frá lausagangi í borgarumferð til hröðunar á fullri inngjöf — gera VVT-kerfi verkfræðingum kleift að skila vélum sem eru samtímis aflmeiri, sparneytnari og hreinni en hönnun með fastri tímasetningu gæti nokkurn tímann verið.
Sem sagt, fínstilling ventlatímasetningar á sín takmörk. Að kreista frekari ávinning í afli, snúningsvægi og nýtni úr tilteknu slagrými mun í auknum mæli reiða sig á aðra tækni — samtvinnuð þvingaðloftkerfi, vélar með breytilegu þjöppunarhlutfalli og óhefðbundið eldsneyti. En það er saga fyrir aðra grein.
Þetta er þýðing. Þú getur lesið frumtextann hér: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
Published January 13, 2022 • 6m to read
