Перформансе мотора — укључујући снагу, обртни момент, потрошњу горива и емисију издувних гасова — зависе од десетина прецизно усклађених параметара. Један од најкритичнијих, а често занемарен, јесте развод мотора: тачан тренутак у ком се усисни и издувни клапани отварају и затварају током сваког моторног циклуса. Системи варијабилног развода (VVT) развијени су ради оптимизације тог тајминга у свим условима вожње, и суштински су променили начин рада савремених мотора.
Kako se клапани контролишу у класичном мотору
У класичном четворотактном мотору са унутрашњим сагоревањем, усисним и издувним клапанима управљају кулачци на бреговастом вратилу. Облик тих кулачака одређује три кључне карактеристике:
- Тајминг — када се клапан отвара и затвара у односу на положај клипа
- Трајање — колико дуго клапан остаје отворен (ширина фазе)
- Подизај — колико далеко се клапан подиже са свог седишта
У већини класичних мотора ове фазе су фиксне — профил бреговастог вратила се никада не мења, без обзира да ли мотор ради у празном ходу у саобраћајној гужви или при убрзању на аутопуту. Та крутост представља суштинско ограничење.
Зашто је фиксни развод проблем
Понашање гасова у цилиндру, усисним и издувним каналима значајно се мења у зависности од броја обртаја и оптерећења мотора. Брзина протока се стално мења, а таласи притиска у усисном и издувном систему могу или помоћи или одмоћи пуњењу цилиндра, у зависности од тренутка отварања клапана. Стога јединствено фиксно подешавање развода не може бити оптимално у свим режимима рада.
Ево у чему се разликује идеалан развод у два уобичајена режима:
- У празном ходу: Најбоље раде уске фазе — касно отварање и рано затварање, уз минимално или никакво преклапање клапана (кратак период када су истовремено отворени и усисни и издувни клапан). Ово спречава повратак издувних гасова у усисну грану и бекство несагорелог горива у издувни систем.
- При максималној снази: Потребне су широке фазе — клапани треба да се отварају раније и остају отворени дуже, како би се омогућио максимални запремински проток смеше у цилиндре. Шира фаза преклапања такође помаже ефикасније истискивање издувних гасова при великим обртајима.
Конструктори мотора стога су приморани на тешке компромисе. Јединствени фиксни профил бреговастог вратила мора истовремено да обезбеди:
- Висок обртни момент у нижем и средњем опсегу обртаја
- Прихватљиву максималну снагу
- Стабилан рад у празном ходу
- Добру економичност и ниску емисију штетних гасова
Испунити све ове захтеве са јединственим статичним профилом кулачка скоро да је немогуће — а управо зато је и изумљен варијабилни развод.
Шта ради систем варијабилног развода
Системи варијабилног развода омогућавају мотору да у реалном времену прилагођава рад клапана промењивим условима вожње. Подешавањем тајминга фазе, трајања и подизаја, инжењери могу драматично преобликовати криву снаге мотора без механичких компромиса. Потенцијалне предности укључују:
- Повећан обртни момент у ширем опсегу обртаја
- Виша вршна снага
- Побољшана економичност горива
- Смањена емисија издувних гасова
- Мирнији рад у празном ходу и бољи одзив гаса
Врсте система варијабилног развода
Фазни померачи (Cam Phasers)
Најраширенији приступ у VVT системима јесте употреба фазног померача — хидраулично активиране спојнице која ротира бреговасто вратило у односу на радилицу. Kako обртаји расту, систем убрзава усисно бреговасто вратило, чинећи да се усисни клапани отварају раније. Ово побољшава пуњење цилиндра при великим обртајима. Већина решења делује само на усисно бреговасто вратило, иако двоструки системи (попут BMW Double VANOS) независно подешавају тајминг и усисног и издувног бреговастог вратила.
Системи промене ширине фазе
Напреднији системи иду корак даље од простог померања фазе — они је могу и проширивати или сужавати. Добро познат пример је Toyota VVTL-i систем, који користи два профила кулачка на истом вратилу:
- Испод 6.000 о/мин, стандардни кулачак управља кретањем клапана
- Изнад 6.000 о/мин, секундарни кулачак са агресивнијим профилом преузима контролу, проширујући фазу тајминга и повећавајући подизај клапана
- Kada мотор приближи граничних 8.500 о/мин, овај прелаз доноси карактеристичан налет снаге — приметно „друго дисање” при јаком убрзавању
Системи варијабилног подизаја клапана
Мењати тренутак отварања клапана је једно — мењати колико далеко се отварају је нешто сасвим друго. Системи варијабилног подизаја, попут BMW Valvetronic или Nissan VVEL, омогућавају континуирано прилагођавање подизаја усисног клапана у зависности од положаја педале гаса.
Овај приступ нуди значајну предност: може потпуно елиминисати потребу за класичним лептиром (дросел-вентилом). Ево зашто је то важно:
- Класичан лептир ствара делимичан вакуум у усисном систему при малом оптерећењу, повећавајући губитке пумпања
- Тај вакуум успорава проток гаса, нарушава квалитет пуњења цилиндра и успорава одзив гаса
- Контролисањем оптерећења мотора преко подизаја клапана, усисни систем може остати углавном без ограничења
Резултати су значајни. Системи варијабилног подизаја без лептира типично доносе:
- Побољшање економичности горива за 8–15%
- Повећање вршне снаге и обртног момента за 5–15%
- Приметно оштрији одзив гаса, посебно при малим брзинама
Електромагнетно активирање клапана
Најнапреднији концепт у управљању клапанима потпуно замењује механичка бреговаста вратила електромагнетно активираним клапанима. Сваки клапан се независно отвара и затвара помоћу електронских соленоида, дајући управљачком систему мотора потпуну слободу у управљању тајмингом, подизајем и трајањем за сваки поједини клапан у сваком циклусу.
Могућности које ово открива су изванредне:
- Савршено оптимизован развод клапана за сваки режим обртаја и оптерећења
- Индивидуално искључивање цилиндара при вожњи са малим оптерећењем ради уштеде горива
- Динамичко пребацивање између циклуса сагоревања — на пример, претварање четворотактног мотора у шесторотактни у ходу
- Потпуно уклањање бреговастог вратила и с тим повезаних механичких губитака
Електромагнетни вентилски механизми углавном су и даље у фази истраживања и развоја, али њихов потенцијал за редефинисање ефикасности мотора са унутрашњим сагоревањем је значајан. Да ли ће доспети до серијске производње у блиској будућности, тек треба видети.
Закључак
Варијабилни развод је једна од најзначајнијих технологија у савременом развоју мотора. Прилагођавањем рада клапана сваком услову вожње — од вожње у граду до убрзања при потпуно отвореном гасу — VVT системи омогућавају инжењерима да стварају моторе који су истовремено снажнији, економичнији и чистији него дизајни са фиксним развојем икад могли бити.
Ипак, оптимизација развода клапана има своје границе. Даља побољшања снаге, обртног момента и економичности за одређену запремину мотора ће у све већој мери зависити од других технологија — комбинованих система принудног пуњења, мотора са варијабилним степеном компресије и алтернативних горива. Али то је прича за другу прилику.
Ово је превод. Оригинал можете прочитати овде: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
Објављено јануар 13, 2022 • 6m за читање
