Variklio veikimas — įskaitant galios išvestį, sukimo momentą, degalų efektyvumą ir išmetamąsias dujas — priklauso nuo dešimčių tiksliai sureguliuotų veiksnių. Vienas iš svarbiausių, tačiau dažnai nepastebimas yra vožtuvų atidarymo laikas: tikslus momentas, kada įsiurbimo ir išmetimo vožtuvai atsidaro ir užsidaro kiekvieno variklio ciklo metu. Kintamojo vožtuvų atidarymo laiko (VVT) sistemos buvo sukurtos tam, kad optimizuotų šį laiką visomis vairavimo sąlygomis, ir jos pakeitė tai, kaip veikia šiuolaikiniai varikliai.
Kaip vožtuvai valdomi tradiciniame variklyje
Įprastiniame keturių taktų vidaus degimo variklyje įsiurbimo ir išmetimo vožtuvus valdo skirstomojo veleno iškyšuliai. Šių iškyšulių forma nustato tris pagrindines charakteristikas:
- Laikas — kada vožtuvas atsidaro ir užsidaro, palyginti su stūmoklio padėtimi
- Trukmė — kiek laiko vožtuvas lieka atidarytas (fazės plotis)
- Pakėlimas — kaip toli vožtuvas juda nuo savo sėdynės
Daugelyje tradicinių variklių šios fazės yra fiksuotos — skirstomojo veleno profilis niekada nesikeičia, nepriklausomai nuo to, ar stovite prie šviesoforo miesto spūstyje, ar spartinate greitkelyje. Šis standumas yra esminis apribojimas.
Kodėl fiksuotas vožtuvų atidarymo laikas yra problema
Dujų elgsena cilindre, įsiurbimo kanaluose ir išmetimo kanaluose labai skiriasi priklausomai nuo variklio greičio ir apkrovos. Srauto greitis nuolat keičiasi, o slėgio bangos įsiurbimo ir išmetimo kanaluose gali padėti arba trukdyti cilindro prisipildymui priklausomai nuo laiko. Dėl to vienas fiksuotas vožtuvų atidarymo laiko nustatymas negali būti optimalus visomis eksploatavimo sąlygomis.
Štai kaip idealus vožtuvų atidarymo laikas skiriasi dviem dažniausiai pasitaikančiais atvejais:
- Tuščiąja eiga: Geriausiai tinka siauros vožtuvų atidarymo laiko fazės — vėlyvas atidarymas ir ankstyvas uždarymas, su minimaliu arba be jokio vožtuvų persidengimo (trumpas laikotarpis, kai abu įsiurbimo ir išmetimo vožtuvai yra atidaryti vienu metu). Tai neleidžia išmetamosioms dujoms patekti atgal į įsiurbimo kolektorių ar nedegusiam mišiniui patekti į išmetimo sistemą.
- Esant maksimaliai galiai: Reikia plačių fazių — vožtuvai turi atsidaryti anksčiau ir likti atidaryti ilgiau, kad į cilindrus patektų maksimalus oro ir degalų mišinio kiekis. Platesnis persidengimo laikotarpis taip pat padeda efektyviau pašalinti išmetamąsias dujas esant dideliems apsukams.
Todėl variklio konstruktoriai yra priversti daryti sunkius kompromisus. Vienas fiksuotas skirstomojo veleno profilis turi vienu metu užtikrinti:
- Stiprų žemojo ir vidutinio diapazono sukimo momentą
- Priimtiną aukštojo diapazono galią
- Sklandžią, stabilią tuščiąją eigą
- Gerą degalų efektyvumą ir mažas išmetamąsias dujas
Patenkinti visus šiuos reikalavimus naudojant vieną statinį skirstomojo veleno profilį yra beveik neįmanoma — todėl būtent ir buvo išrastas kintamasis vožtuvų atidarymo laikas.
Ką daro kintamasis vožtuvų atidarymo laikas
Kintamojo vožtuvų atidarymo laiko sistemos leidžia variklio vožtuvų elgsenai prisitaikyti realiuoju laiku prie kintančių vairavimo sąlygų. Reguliuodami fazės laiką, trukmę ir pakėlimą, inžinieriai gali iš esmės pakeisti variklio galios kreivę be mechaninių kompromisų. Galimos naudos apima:
- Padidintą sukimo momentą platesniame apsukų diapazone
- Didesnę maksimalią galios išvestį
- Pagerintą degalų efektyvumą
- Sumažintas išmetamąsias dujas
- Sklandesnę tuščiąją eigą ir geresnį atsako į dujas kokybę
Kintamojo vožtuvų atidarymo laiko sistemų tipai
Fazių keitikliai (skirstomojo veleno fazuotojai)
Dažniausiai naudojamas VVT metodas naudoja fazių keitiklį — hidrauliškai valdomą sankabą, kuri sukia skirstomąjį veleną alkūninio veleno atžvilgiu. Didėjant variklio greičiui, sistema ankstina įsiurbimo skirstomąjį veleną, todėl įsiurbimo vožtuvai atsidaro anksčiau. Tai pagerina cilindro prisipildymą esant dideliems apsukams. Daugelis įgyvendinimų veikia tik su įsiurbimo velenu, nors dvigubo veleno sistemos (kaip BMW „Double VANOS”) nepriklausomai reguliuoja tiek įsiurbimo, tiek išmetimo laiką.
Kintamo fazės pločio sistemos
Pažangesnės sistemos neapsiriboja vien fazės poslinkiu — jos taip pat gali ją išplėsti arba susiaurinti. Žinomas pavyzdys yra Toyota VVTL-i sistema, kuri naudoja du skirstomojo veleno profilius tame pačiame velene:
- Žemiau 6 000 aps./min., standartinis veleno iškyšulis valdo vožtuvų judėjimą
- Virš 6 000 aps./min., antrinis velenas su agresyvesniu profiliu perima valdymą, išplėsdamas laiko fazę ir padidindamas vožtuvų pakėlimą
- Kai variklis artėja prie 8 500 aps./min. ribinio greičio, šis perėjimas suteikia ryškų galios šuolį — pastebimą „antrą kvapą” intensyvaus pagreičio metu
Kintamo vožtuvų pakėlimo sistemos
Keisti, kada vožtuvai atsidaro, yra viena — keisti, kaip toli jie atsidaro, yra kitas dalykas. Kintamo pakėlimo sistemos, kaip BMW Valvetronic ar Nissan VVEL, leidžia nuolat reguliuoti įsiurbimo vožtuvų pakėlimą pagal droselio padėtį.
Šis metodas turi reikšmingą privalumą: jis gali pašalinti poreikį naudoti įprastinį droselio vožtuvą. Štai kodėl tai svarbu:
- Tradicinis droselis sukuria dalinį vakuumą įsiurbimo trakte esant mažoms apkrovoms, didindamas siurbimo nuostolius
- Šis vakuumas lėtina dujų srautą, pablogina cilindro prisipildymo kokybę ir slopina atsako į dujas greitį
- Valdant variklio apkrovą per vožtuvų pakėlimą, o ne per droselinę sklendę, įsiurbimas gali likti iš esmės neribojamas
Rezultatai yra reikšmingi. Kintamo pakėlimo be droselio sistemos paprastai užtikrina:
- 8–15 % pagerėjimą degalų efektyvume
- 5–15 % padidėjimą tiek maksimalios galios, tiek sukimo momento srityje
- Pastebimą greitesnį atsako į dujas laiką, ypač mažesniuose greičiuose
Elektromagnetinis vožtuvų valdymas
Pažangiausia vožtuvų valdymo koncepcija visiškai pakeičia mechaninius skirstomuosius velenus elektromagnetiškai valdomais vožtuvais. Kiekvienas vožtuvas yra atidaromas ir uždaromas nepriklausomai elektrinių solenoidų, suteikdamas variklio valdymo sistemai visišką laisvę kontroliuoti laiką, pakėlimą ir trukmę kiekvienam atskiram vožtuvui kiekvieno ciklo metu.
Galimybės, kurias tai atveria, yra nepaprastos:
- Puikiai optimizuotas vožtuvų atidarymo laikas kiekvienam apsukų diapazonui ir apkrovai
- Atskirų cilindrų išjungimas esant lengvai apkrovai, siekiant taupyti degalus
- Dinaminis perjungimas tarp degimo ciklų — pavyzdžiui, keturių taktų variklio pavertimas šešių taktų konfigūracija skrydžio metu
- Visiškas skirstomojo veleno ir susijusių mechaninių nuostolių pašalinimas
Elektromagnetinės vožtuvų pavaros daugiausia išlieka mokslinių tyrimų ir plėtros stadijoje, tačiau jų potencialas iš naujo apibrėžti vidaus degimo efektyvumą yra reikšmingas. Ar jie pasieks masinę gamybą artimiausiu metu — dar reikia pamatyti.
Apibendrinimas
Kintamasis vožtuvų atidarymo laikas yra viena iš labiausiai paveikių technologijų šiuolaikinių variklių kūrimo srityje. Pritaikydamos vožtuvų elgseną prie kiekvienos vairavimo sąlygos — nuo miesto tuščiosios eigos iki visiško greičio padidėjimo — VVT sistemos leidžia inžinieriams kurti variklius, kurie vienu metu yra galingesni, efektyvesni ir švaresni nei bet kada galėjo būti fiksuoto laiko konstrukcijos.
Tačiau vožtuvų laiko optimizavimas turi savo ribas. Tolimesnis galios, sukimo momento ir efektyvumo didinimas iš tam tikro darbinio tūrio vis labiau priklausys nuo kitų technologijų — kombinuotų priverstinio įkrovimo sistemų, kintamo suspaudimo laipsnio variklių ir alternatyvių degalų. Tačiau tai — kito straipsnio tema.
Tai yra vertimas. Originalą galite perskaityti čia: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
Paskelbta Sausis 13, 2022 • 6m perskaityti
