Қозғалтқыштың өнімділігі — қуат шығымы, айналу моменті, отын үнемділігі және зиянды заттардың шығарындысын қоса алғанда — дәл реттелген ондаған факторларға байланысты. Солардың ішіндегі ең маңыздыларының бірі, бірақ жиі назардан тыс қалатыны — клапан уақыты: әр қозғалтқыш циклінде кіріс және шығыс клапандарының ашылып-жабылатын дәл сәті. Айнымалы клапан уақыты (VVT) жүйелері осы уақытты барлық жүру жағдайында оңтайландыру үшін жасалды және олар заманауи қозғалтқыштардың жұмысын түбегейлі өзгертті.
Дәстүрлі қозғалтқышта клапандар қалай басқарылады
Әдеттегі төрт тактілі ішкі жану қозғалтқышында кіріс және шығыс клапандары бөлік білігінің (camshaft) шығыңқы бөліктерімен (lobe) қозғалысқа келтіріледі. Бұл шығыңқы бөліктердің пішіні үш негізгі сипаттаманы анықтайды:
- Уақыты (Timing) — клапанның поршень орналасуына қатысты қашан ашылып, жабылатыны
- Ұзақтығы (Duration) — клапанның қанша уақыт ашық тұратыны (фазаның ені)
- Көтерілуі (Lift) — клапанның өз орнынан қаншалықты алыс жылжитыны
Көптеген дәстүрлі қозғалтқыштарда бұл фазалар тұрақты болады — кептелісте бос жүрісте тұрсаңыз да, тас жолда жылдамдатсаңыз да, бөлік білігінің пішіні ешқашан өзгермейді. Мұндай қатаңдық — түбегейлі шектеу.
Тұрақты клапан уақыты неліктен мәселе тудырады
Цилиндр ішіндегі, кіріс және шығыс арналарындағы газдың әрекеті қозғалтқыштың айналу жиілігі мен жүктемесіне қарай айтарлықтай өзгереді. Ағын жылдамдығы үнемі ауысып отырады, ал кіріс пен шығыс жолдарындағы қысым толқындары уақытына байланысты цилиндрді толтыруға не көмектесе, не зиян тигізе алады. Сол себепті жалғыз тұрақты клапан уақыты барлық жұмыс жағдайында оңтайлы бола алмайды.
Екі кең тараған жағдайда оңтайлы клапан уақыты қалай ерекшеленетіні мынада:
- Бос жүрісте (idle): Тар клапан фазалары ең тиімді болады — кеш ашылу мен ерте жабылу, клапандардың қабаттасуы (кіріс пен шығыс клапандарының бір мезетте ашық тұратын қысқа кезеңі) ең аз немесе мүлдем жоқ. Бұл шығыс газдарының кіріс коллекторына кері итерілуіне немесе жанбаған қоспаның шығысқа қашуына жол бермейді.
- Ең жоғары қуатта: Кең фазалар қажет — цилиндрлерге ауа-отын қоспасының ең көп көлемі кіруі үшін клапандар ертерек ашылып, ұзағырақ ашық тұруы керек. Кеңірек қабаттасу фазасы жоғары айналымда (RPM) шығыс газдарын тиімдірек тазартуға да көмектеседі.
Сондықтан қозғалтқыш құрастырушылары қиын ымыраларға баруға мәжбүр. Жалғыз тұрақты бөлік білігінің пішіні бір мезгілде мыналарды қамтамасыз етуі тиіс:
- Төмен және орташа айналымдағы күшті айналу моменті
- Қанағаттанарлық шыңдық қуат
- Тегіс, тұрақты бос жүріс
- Жақсы отын үнемділігі және төмен шығарынды
Осы талаптардың бәрін бір статикалық бөлік білігінің пішінімен қанағаттандыру мүмкін емес десе де болады — дәл осы себептен айнымалы клапан уақыты ойлап табылды.
Айнымалы клапан уақыты не істейді
Айнымалы клапан уақыты жүйелері қозғалтқыш клапандарының әрекетін өзгеретін жүру жағдайларына нақты уақытта бейімдеуге мүмкіндік береді. Фаза уақытын, ұзақтығын және көтерілуін реттеу арқылы инженерлер механикалық ымыраға бармай-ақ қозғалтқыштың қуат қисығын түбегейлі өзгерте алады. Ықтимал артықшылықтарға мыналар жатады:
- Айналым жиілігінің (RPM) кең диапазонында артқан айналу моменті
- Жоғарырақ шыңдық қуат шығымы
- Жақсартылған отын үнемділігі
- Азайтылған шығыс газдары шығарындысы
- Тегісірек бос жүріс пен дроссель жауабы
Айнымалы клапан уақыты жүйелерінің түрлері
Фаза ауыстырғыштар (Cam Phaser)
Ең кең тараған VVT тәсілі фаза ауыстырғышты пайдаланады — бұл бөлік білігін иінді білікке (crankshaft) қатысты бұратын гидравликалық жетекті муфта. Қозғалтқыштың айналымы артқан сайын жүйе кіріс бөлік білігін озыңқы күйге келтіреді де, кіріс клапандарын ертерек аштырады. Бұл жоғары айналымда цилиндрдің толуын жақсартады. Көптеген жүзеге асырылымдар тек кіріс білігінде ғана жұмыс істейді, дегенмен қос білікті жүйелер (мысалы, BMW Double VANOS) кіріс пен шығыс уақытын бір-бірінен тәуелсіз реттейді.
Айнымалы фаза ені жүйелері
Жетілдірілген жүйелер тек фазаны ауыстырумен шектелмейді — олар оны кеңейте немесе тарылта да алады. Белгілі мысал — Toyota компаниясының VVTL-i жүйесі, ол бір білікте екі бөлік білігі пішінін пайдаланады:
- 6000 айн/мин-нан төмен жағдайда клапан қозғалысын стандартты шығыңқы бөлік басқарады
- 6000 айн/мин-нан жоғары жағдайда агрессивтірек пішінді екінші шығыңқы бөлік басқаруды өз қолына алады да, уақыт фазасын кеңейтіп, клапан көтерілуін арттырады
- Қозғалтқыш 8500 айн/мин шектік сызығына (redline) жақындағанда бұл ауысу ерекше қуат тасқынын береді — қатты жылдамдату кезінде байқалатын «екінші тыныс»
Айнымалы клапан көтерілуі жүйелері
Клапандардың қашан ашылатынын өзгерту — бір нәрсе, олардың қаншалықты алыс ашылатынын өзгерту — мүлдем басқа нәрсе. Айнымалы көтерілу жүйелері, мысалы BMW компаниясының Valvetronic немесе Nissan компаниясының VVEL жүйесі, кіріс клапанының көтерілуін дроссель орналасуына қарай үздіксіз реттеуге мүмкіндік береді.
Бұл тәсіл елеулі артықшылық ұсынады: ол дәстүрлі дроссель клапанының қажеттілігін жоя алады. Бұның неліктен маңызды екені мынада:
- Дәстүрлі дроссель төмен жүктемеде кіріс жолында ішінара вакуум жасап, сорғыту шығынын арттырады
- Бұл вакуум газ ағынын баяулатады, цилиндрдің толу сапасын нашарлатады және дроссель жауабын солғындатады
- Қозғалтқыш жүктемесін оның орнына клапан көтерілуі арқылы басқарған кезде кіріс негізінен еркін (кедергісіз) күйде қала алады
Нәтижелер айтарлықтай елеулі. Дроссельсіз айнымалы көтерілу жүйелері әдетте мыналарды береді:
- Отын үнемділігінде 8–15% жақсару
- Шыңдық қуат пен айналу моментінде 5–15% өсім
- Әсіресе төмен жылдамдықта айқын байқалатын өткір дроссель жауабы
Электромагниттік клапан жетегі
Клапанды басқарудағы ең озық тұжырымдама механикалық бөлік біліктерін толығымен электромагниттік жетекті клапандармен алмастырады. Әр клапанды электрондық соленоидтар жеке-жеке ашып-жабады, бұл қозғалтқышты басқару жүйесіне әр циклде әр жеке клапанның уақыты, көтерілуі мен ұзақтығы бойынша толық еркіндік береді.
Бұл ашатын мүмкіндіктер таңғаларлық:
- Әр айналым (RPM) мен жүктеме жағдайы үшін мінсіз оңтайландырылған клапан уақыты
- Отын үнемдеу үшін жеңіл жүктемелі қозғалыс кезінде жекелеген цилиндрлерді ажырату
- Жану циклдары арасында динамикалық ауысу — мысалы, төрт тактілі қозғалтқышты жүру барысында алты тактілі конфигурацияға айналдыру
- Бөлік білігі мен онымен байланысты механикалық шығындарды толығымен жою
Электромагниттік клапан жетектері әзірге негізінен зерттеу мен әзірлеу сатысында, бірақ олардың ішкі жанудың тиімділігі ұғымын қайта анықтау әлеуеті елеулі. Олардың таяу болашақта жаппай өндіріске жетер-жетпесі әлі белгісіз.
Қорытынды
Айнымалы клапан уақыты — заманауи қозғалтқыш әзірлеудегі ең ықпалды технологиялардың бірі. Клапан әрекетін әр жүру жағдайына — қаладағы бос жүрістен бастап толық дроссельмен жылдамдатуға дейін — бейімдеу арқылы VVT жүйелері инженерлерге бір мезгілде қуаттырақ, үнемдірек және тазалау қозғалтқыштар жасауға мүмкіндік береді — мұндайды тұрақты уақытты конструкциялар ешқашан бере алмас еді.
Дегенмен, клапан уақытын оңтайландырудың да шегі бар. Берілген жұмыс көлемінен қуат, айналу моменті мен тиімділік бойынша одан әрі ұтыс алу барған сайын басқа технологияларға — біріктірілген мәжбүрлі толтыру жүйелеріне, айнымалы сығу дәрежесі бар қозғалтқыштарға және балама отындарға — арқа сүйейтін болады. Бірақ бұл — басқа мақаланың әңгімесі.
Бұл — аударма. Түпнұсқаны мына жерден оқи аласыз: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
Жарияланды Қаңтар 13, 2022 • 6м оқуға
