ძრავის წარმადობა — მათ შორის სიმძლავრე, ბრუნვის მომენტი, საწვავის ეკონომიურობა და გამონაბოლქვი — ათობით ზუსტად დაყენებულ ფაქტორზეა დამოკიდებული. ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი, თუმცა ხშირად შეუმჩნეველი, არის სარქვლის დროითობა: ზუსტი მომენტი, როდესაც შემშვები და გამშვები სარქველები იხსნება და იხურება ძრავის თითოეული ციკლის დროს. ცვალებადი სარქვლის დროითობის (VVT) სისტემები შეიქმნა ამ დროითობის ოპტიმიზაციისთვის ყველა საგზაო პირობაში, და მათ შეცვალეს თანამედროვე ძრავების მუშაობა.
როგორ იმართება სარქველები ტრადიციულ ძრავაში
ჩვეულებრივ ოთხტაქტიან შიგაწვის ძრავაში შემშვებ და გამშვებ სარქველებს ამოძრავებს გამანაწილებელი ლილვის (camshaft) კულაჩები. ამ კულაჩების ფორმა განსაზღვრავს სამ ძირითად მახასიათებელს:
- დროითობა — როდის იხსნება და იხურება სარქველი დგუშის მდებარეობასთან მიმართებით
- ხანგრძლივობა — რამდენ ხანს რჩება სარქველი ღია (ფაზის სიგანე)
- აწევა (lift) — რა მანძილზე გადაადგილდება სარქველი თავისი საჯდომიდან
ტრადიციული ძრავების უმეტესობაში ეს ფაზები ფიქსირებულია — გამანაწილებელი ლილვის პროფილი არასოდეს იცვლება, მიუხედავად იმისა, საცობში უქმად მუშაობთ თუ ავტობანზე აჩქარებთ. ეს სიხისტე ფუნდამენტური შეზღუდვაა.
რატომ არის ფიქსირებული სარქვლის დროითობა პრობლემა
აირის ქცევა ცილინდრის, შემშვები არხებისა და გამშვები არხების შიგნით მნიშვნელოვნად იცვლება ძრავის ბრუნთა სიხშირისა და დატვირთვის მიხედვით. ნაკადის სიჩქარე მუდმივად იცვლება, ხოლო შემშვებ და გამშვებ ტრაქტებში წნევის ტალღებს, დროითობიდან გამომდინარე, შეუძლიათ როგორც დაეხმარონ, ისე შეუშალონ ხელი ცილინდრის შევსებას. ამის გამო, ერთი ფიქსირებული სარქვლის დროითობის პარამეტრი ვერ იქნება ოპტიმალური ყველა სამუშაო პირობაში.
აი, როგორ განსხვავდება იდეალური სარქვლის დროითობა ორ გავრცელებულ სცენარს შორის:
- უქმ სვლაზე: ვიწრო სარქვლის ფაზები მუშაობს საუკეთესოდ — გვიანი გახსნა და ადრეული დახურვა, სარქვლების მინიმალური ან ნულოვანი გადაფარვით (ხანმოკლე პერიოდი, როცა შემშვები და გამშვები სარქველები ერთდროულად ღიაა). ეს ხელს უშლის გამონაბოლქვი აირების შემშვებ კოლექტორში უკან გადაბიძგებას ან დაუწველი ნარევის გამშვებში გაქცევას.
- მაქსიმალურ სიმძლავრეზე: საჭიროა ფართო ფაზები — სარქველები უნდა გაიხსნას უფრო ადრე და დარჩეს ღია უფრო დიდხანს, რათა ცილინდრებში მოხვდეს ჰაერ-საწვავის ნარევის მაქსიმალური მოცულობა. უფრო ფართო გადაფარვის ფაზა ასევე ეხმარება გამონაბოლქვი აირების უფრო ეფექტურ გამოდევნას მაღალ ბრუნზე.
ამიტომ ძრავის დიზაინერები იძულებულნი არიან რთული კომპრომისები გააკეთონ. ერთმა ფიქსირებულმა გამანაწილებელი ლილვის პროფილმა ერთდროულად უნდა უზრუნველყოს:
- ძლიერი დაბალ- და საშუალო ბრუნზე ბრუნვის მომენტი
- მისაღები მაქსიმალური სიმძლავრე
- გლუვი, სტაბილური უქმი სვლა
- კარგი საწვავის ეკონომიურობა და დაბალი გამონაბოლქვი
ყველა ამ მოთხოვნის დაკმაყოფილება ერთი სტატიკური კულაჩის პროფილით თითქმის შეუძლებელია — სწორედ ამიტომ გამოიგონეს ცვალებადი სარქვლის დროითობა.
რას აკეთებს ცვალებადი სარქვლის დროითობა
ცვალებადი სარქვლის დროითობის სისტემები საშუალებას აძლევს ძრავის სარქვლების ქცევას რეალურ დროში მოერგოს ცვალებად საგზაო პირობებს. ფაზის დროითობის, ხანგრძლივობისა და აწევის რეგულირებით ინჟინრებს შეუძლიათ მკვეთრად შეცვალონ ძრავის სიმძლავრის მრუდი მექანიკური კომპრომისის გარეშე. შესაძლო სარგებელი მოიცავს:
- გაზრდილ ბრუნვის მომენტს ბრუნთა სიხშირის უფრო ფართო დიაპაზონში
- უფრო მაღალ პიკურ სიმძლავრეს
- გაუმჯობესებულ საწვავის ეკონომიურობას
- შემცირებულ გამონაბოლქვს
- უფრო გლუვ უქმ სვლასა და დროსელის რეაქციას
ცვალებადი სარქვლის დროითობის სისტემების ტიპები
ფაზის გადამრთველები (Cam Phasers)
ყველაზე გავრცელებული VVT მიდგომა იყენებს ფაზის გადამრთველს — ჰიდრავლიკურად ამოქმედებულ ჩამბადან, რომელიც აბრუნებს გამანაწილებელ ლილვს მუხლა ლილვთან (crankshaft) მიმართებით. ძრავის ბრუნთა სიხშირის ზრდასთან ერთად სისტემა ასწრებს შემშვებ გამანაწილებელ ლილვს, რის გამოც შემშვები სარქველები უფრო ადრე იხსნება. ეს აუმჯობესებს ცილინდრის შევსებას მაღალ ბრუნზე. უმეტესი იმპლემენტაცია მუშაობს მხოლოდ შემშვებ ლილვზე, თუმცა ორლილვიანი სისტემები (როგორიც არის BMW-ს Double VANOS) დამოუკიდებლად არეგულირებენ როგორც შემშვებ, ისე გამშვებ დროითობას.
ფაზის ცვალებადი სიგანის სისტემები
უფრო მოწინავე სისტემები მხოლოდ ფაზის გადანაცვლებას არ სჯერდებიან — მათ ასევე შეუძლიათ მისი გაგანიერება ან დავიწროება. ცნობილი მაგალითია Toyota-ს VVTL-i სისტემა, რომელიც ერთსა და იმავე ლილვზე იყენებს ორ კულაჩის პროფილს:
- 6,000 ბრუნ/წთ-ზე ქვემოთ სარქვლის მოძრაობას აკონტროლებს სტანდარტული კულაჩი
- 6,000 ბრუნ/წთ-ზე ზემოთ მართვას იღებს მეორე, უფრო აგრესიული პროფილის კულაჩი, რომელიც აგანიერებს დროითობის ფაზას და ზრდის სარქვლის აწევას
- როდესაც ძრავა უახლოვდება თავის 8,500 ბრუნ/წთ წითელ ზონას, ეს გადასვლა იძლევა სიმძლავრის გამორჩეულ მატებას — შესამჩნევ „მეორე სუნთქვას“ ინტენსიური აჩქარების დროს
სარქვლის ცვალებადი აწევის სისტემები
ერთია იმის შეცვლა, თუ როდის იხსნება სარქველი — სხვაა იმის შეცვლა, თუ რამდენად იხსნება ის. ცვალებადი აწევის სისტემები, როგორიც არის BMW-ს Valvetronic ან Nissan-ის VVEL, საშუალებას იძლევა შემშვები სარქვლის აწევა უწყვეტად დარეგულირდეს დროსელის მდებარეობის მიხედვით.
ეს მიდგომა მნიშვნელოვან უპირატესობას იძლევა: მას შეუძლია ჩვეულებრივი დროსელის სარქვლის საჭიროების აღმოფხვრა. აი, რატომ არის ეს მნიშვნელოვანი:
- ტრადიციული დროსელი დაბალ დატვირთვაზე ქმნის ნაწილობრივ ვაკუუმს შემშვებ ტრაქტში, რაც ზრდის სატუმბ დანაკარგებს
- ეს ვაკუუმი ანელებს აირის ნაკადს, აზიანებს ცილინდრის შევსების ხარისხს და აბლანტებს დროსელის რეაქციას
- ძრავის დატვირთვის სარქვლის აწევით მართვის შემთხვევაში შემშვები ტრაქტი დიდწილად შეუზღუდავი რჩება
შედეგები მნიშვნელოვანია. დროსელის გარეშე ცვალებადი აწევის სისტემები ჩვეულებრივ იძლევა:
- საწვავის ეკონომიურობის 8–15%-იან გაუმჯობესებას
- 5–15%-იან მატებას როგორც პიკურ სიმძლავრეში, ისე ბრუნვის მომენტში
- შესამჩნევად უფრო მკვეთრ დროსელის რეაქციას, განსაკუთრებით დაბალ სიჩქარეებზე
ელექტრომაგნიტური სარქვლის ამოქმედება
სარქვლის მართვაში ყველაზე მოწინავე კონცეფცია მთლიანად ანაცვლებს მექანიკურ გამანაწილებელ ლილვებს ელექტრომაგნიტურად ამოქმედებული სარქვლებით. თითოეული სარქველი დამოუკიდებლად იხსნება და იხურება ელექტრონული სოლენოიდებით, რაც ძრავის მართვის სისტემას აძლევს სრულ თავისუფლებას დროითობაზე, აწევასა და ხანგრძლივობაზე თითოეული ცალკეული სარქვლისთვის ყოველ ციკლზე.
ამის შედეგად გახსნილი შესაძლებლობები საოცარია:
- იდეალურად ოპტიმიზებული სარქვლის დროითობა ყოველი ბრუნისა და დატვირთვის პირობისთვის
- ცალკეული ცილინდრის გამორთვა მსუბუქი დატვირთვისას საწვავის დასაზოგად
- წვის ციკლებს შორის დინამიური გადართვა — მაგალითად, ოთხტაქტიანი ძრავის სვლაში ექვსტაქტიან კონფიგურაციად გადაყვანა
- გამანაწილებელი ლილვისა და მასთან დაკავშირებული მექანიკური დანაკარგების სრული აღმოფხვრა
ელექტრომაგნიტური სარქვლის მექანიზმები ჯერ კიდევ დიდწილად კვლევისა და განვითარების ეტაპზეა, თუმცა მათი პოტენციალი შიგაწვის ეფექტურობის გადასააზრებლად მნიშვნელოვანია. მიაღწევენ თუ არა ისინი მასობრივ წარმოებას უახლოეს მომავალში, ჯერ უცნობია.
დასკვნა
ცვალებადი სარქვლის დროითობა თანამედროვე ძრავების განვითარებაში ერთ-ერთი ყველაზე ზეგავლენიანი ტექნოლოგიაა. სარქვლის ქცევის ყველა საგზაო პირობასთან მორგებით — ქალაქის უქმი სვლიდან სრულ დროსელზე აჩქარებამდე — VVT სისტემები ინჟინრებს საშუალებას აძლევენ შექმნან ძრავები, რომლებიც ერთდროულად უფრო მძლავრი, უფრო ეფექტური და უფრო სუფთაა, ვიდრე ეს ფიქსირებული დროითობის კონსტრუქციებს ოდესმე შეეძლოთ.
თუმცა, სარქვლის დროითობის ოპტიმიზაციას აქვს თავისი ზღვარი. მოცემული მუშა მოცულობიდან სიმძლავრის, ბრუნვის მომენტისა და ეფექტურობის შემდგომი მატების გამოწურვა სულ უფრო მეტად დაეყრდნობა სხვა ტექნოლოგიებს — კომბინირებულ იძულებითი ჩაბერვის სისტემებს, ცვალებადი შეკუმშვის ხარისხის ძრავებსა და ალტერნატიულ საწვავებს. მაგრამ ეს უკვე სხვა სტატიის თემაა.
ეს არის თარგმანი. ორიგინალის წაკითხვა შეგიძლიათ აქ: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
გამოქვეყნდა იანვარი 13, 2022 • 6 წთ. საკითხავი
