Перформансите на моторот — вклучително и излезната моќ, вртежниот момент, економичноста на горивото и емисиите — зависат од десетици прецизно подесени фактори. Еден од најкритичните, но честопати занемаруван е тајмингот на вентилите: прецизниот момент кога всисните и издувните вентили се отвораат и затвораат за секој моторен циклус. Системите за променлив тајминг на вентилите (VVT) беа развиени за да го оптимизираат овој тајминг при сите услови на возење, и тие го трансформираа начинот на кој работат современите мотори.
Како се контролираат вентилите во традиционален мотор
Кај конвенционален четиритактен мотор со внатрешно согорување, всисните и издувните вентили се активираат со брегови на разводната осовина. Обликот на овие брегови ги одредува трите клучни карактеристики:
- Тајминг — кога вентилот се отвора и затвора во однос на положбата на клипот
- Времетраење — колку долго вентилот останува отворен (ширината на фазата)
- Подигање — колку далеку вентилот се придвижува од своето седиште
Во повеќето традиционални мотори, овие фази се фиксирани — профилот на разводната осовина никогаш не се менува, без разлика дали возите бавно во градски сообраќај или забрзувате на автопат. Оваа ригидност е фундаментално ограничување.
Зошто фиксниот тајминг на вентилите е проблем
Однесувањето на гасот внатре во цилиндарот, всисните порти и издувните порти значително се разликува во зависност од брзината и оптоварувањето на моторот. Брзината на проток постојано се менува, а бранови на притисок во всисните и издувните канали можат или да помогнат или да пречат на полнењето на цилиндарот во зависност од тајмингот. Поради ова, едно фиксирано поставување на тајмингот на вентилите не може да биде оптимално при сите услови на работа.
Еве како идеалниот тајминг на вентилите се разликува помеѓу два вообичаени сценарија:
- При празен од: Најдобро функционираат тесните фази на тајмингот на вентилите — доцно отворање и рано затворање, со минимално или без преклопување на вентилите (краткиот период кога и всисните и издувните вентили се отворени истовремено). Ова спречува издувните гасови да бидат вратени назад во всисниот разводник или несогорена смеса да излезе во издувниот систем.
- При максимална моќ: Потребни се широки фази — вентилите треба да се отвораат порано и да останат отворени подолго за да се овозможи максимален волумен на мешавина воздух-гориво во цилиндрите. Поширока фаза на преклопување исто така помага поефикасно да се отстранат издувните гасови при висок број на вртежи.
Затоа конструкторите на мотори се принудени да прават тешки компромиси. Еден фиксиран профил на разводна осовина мора истовремено да обезбеди:
- Силен вртежен момент во ниски и средни режими
- Прифатлива моќ при висок режим
- Мазен, стабилен празен од
- Добра економичност на гориво и ниски емисии
Задоволувањето на сите овие барања со еден статичен профил на разводна осовина е речиси невозможно — а тоа е токму зошто беше измислен променливиот тајминг на вентилите.
Што прави Променливиот тајминг на вентилите
Системите за променлив тајминг на вентилите му овозможуваат на однесувањето на вентилите на моторот да се прилагоди во реално време на променливите услови на возење. Со прилагодување на тајмингот на фазата, времетраењето и подигањето, инженерите можат драматично да ја преобликуваат кривата на моќта на моторот без механички компромис. Потенцијалните придобивки вклучуваат:
- Зголемен вртежен момент во поширок опсег на вртежи
- Поголема максимална излезна моќ
- Подобрена економичност на гориво
- Намалени издувни емисии
- Помазен празен од и подобар одговор на гасот
Видови системи за Променлив тајминг на вентилите
Фазни менувачи (Cam Phasers)
Најчестиот пристап на VVT користи фазен менувач — хидраулично активирана спојница која ја ротира разводната осовина во однос на коленестата осовина. Со зголемување на брзината на моторот, системот го напредува всисното разводно вратило, предизвикувајќи всисните вентили да се отвораат порано. Ова го подобрува полнењето на цилиндарот при висок број на вртежи. Повеќето имплементации работат само на всисното вратило, иако системите со двојно вратило (како BMW-овиот Double VANOS) ги прилагодуваат и тајмингот на всисувањето и издувот независно.
Системи со Променлива Ширина на Фазата
Поnapредните системи одат подалеку од едноставното поместување на фазата — тие исто така можат да ја прошират или стеснат. Добро познат пример е Toyota-иниот VVTL-i систем, кој користи два профила на разводна осовина на истото вратило:
- Под 6.000 вртежи/мин., стандардниот брег на осовината го контролира движењето на вентилот
- Над 6.000 вртежи/мин., секундарна осовина со поагресивен профил презема контрола, ширејќи ја фазата на тајмингот и зголемувајќи го подигањето на вентилот
- Кога моторот се приближува до границата на 8.500 вртежи/мин., оваа транзиција носи карактеристичен нагон на моќта — забележлив „втор здив” за време на силно забрзување
Системи со Променливо Подигање на Вентилот
Менувањето кога се отвораат вентилите е едно — менувањето на колку далеку се отвораат е нешто друго. Системите со променливо подигање, како BMW-овиот Valvetronic или Nissan-овиот VVEL, дозволуваат подигањето на всисниот вентил да се прилагодува континуирано врз основа на положбата на гасот.
Овој пристап нуди значајна предност: тој може да ја елиминира потребата за конвенционален вентил за гас. Еве зошто тоа е важно:
- Традиционалниот гас создава делумен вакуум во всисниот канал при ниско оптоварување, зголемувајќи ги загубите при пумпање
- Овој вакуум го забавува протокот на гас, го влошува квалитетот на полнењето на цилиндарот и го затапува одговорот на гасот
- Со контролирање на оптоварувањето на моторот преку подигање на вентилот наместо преку вентилот за гас, всисувањето може да остане во голема мера неограничено
Резултатите се значителни. Системите со променливо подигање без гас обично обезбедуваат:
- 8–15% подобрување во економичноста на гориво
- 5–15% добивки и во максималната моќ и во вртежниот момент
- Забележително пообрз одговор на гасот, особено при ниски брзини
Електромагнетска Активација на Вентилот
Најнапредниот концепт во контролата на вентилот ги заменува механичките разводни осовини целосно со електромагнетски активирани вентили. Секој вентил се отвора и затвора независно со електрични соленоиди, давајќи му на системот за контрола на моторот целосна слобода над тајмингот, подигањето и времетраењето за секој поединечен вентил при секој циклус.
Можностите што ги отклучува ова се забележителни:
- Совршено оптимизиран тајминг на вентилите за секој режим на вртежи и оптоварување
- Индивидуална деактивација на цилиндарот при возење со лесно оптоварување за заштеда на гориво
- Динамичко префрлување помеѓу циклусите на согорување — на пример, претворање на четиритактен мотор во шесттактна конфигурација при возење
- Целосно елиминирање на разводната осовина и поврзаните механички загуби
Електромагнетните вентилски погони остануваат во голема мера во фазата на истражување и развој, но нивниот потенцијал да ја редефинираат ефикасноста на внатрешното согорување е значаен. Дали ќе достигнат масовно производство во блиска иднина останува да се види.
Заклучок
Променливиот тајминг на вентилите е една од најзначајните технологии во развојот на современи мотори. Со прилагодување на однесувањето на вентилите за да одговараат на секои услови на возење — од градски празен од до забрзување со целосен гас — VVT системите им овозможуваат на инженерите да испорачаат мотори кои истовремено се помоќни, поефикасни и почисти отколку дизајните со фиксен тајминг некогаш можеа да бидат.
Сепак, оптимизацијата на тајмингот на вентилите има своите ограничувања. Понатамошното извлекување на добивки во моќта, вртежниот момент и ефикасноста од дадена зафатнина сè повеќе ќе се потпира на други технологии — комбинирани системи за принудно полнење, мотори со променлив степен на компресија и алтернативни горива. Но тоа е приказна за друга статија.
Ова е превод. Оригиналот можете да го прочитате тука: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
Објавено јануари 13, 2022 • 6m за читање
