Čo je časovanie ventilov a ako fungujú

Konštrukcia štvortaktného motora, ktorý pracuje na princípe uvoľňovania energie počas spaľovania zmesi paliva a paliva, obsahuje jeden dôležitý mechanizmus, bez ktorého jednotka nemôže fungovať. Toto je mechanizmus načasovania alebo distribúcie plynu.

Vo väčšine štandardných motorov je namontovaný v hlave valcov. Viac podrobností o štruktúre mechanizmu je popísaných v samostatný článok... Teraz sa zameriame na to, čo je načasovanie ventilov, a tiež na to, ako jeho práca ovplyvňuje výkonové ukazovatele motora a jeho účinnosť.

Čo je časovanie ventilov motora

Stručne o samotnom časovacom mechanizme. Kľukový hriadeľ cez remeňový pohon (v mnohých moderných spaľovacích motoroch je namiesto pogumovaného remeňa namontovaná reťaz) je spojený s vačkový hriadeľ. Keď vodič naštartuje motor, štartér natočí zotrvačník. Oba hriadele sa začnú otáčať synchrónne, ale pri rôznych rýchlostiach (v podstate pri jednej otáčke vačkového hriadeľa vykoná kľukový hriadeľ dve otáčky).

Na vačkovom hriadeli sú špeciálne vačky kvapôčkového tvaru. Pri otáčaní konštrukcie vačka tlačí na odpružený driek ventilu. Ventil sa otvára a umožňuje zmesi vzduchu a paliva vstupovať do valca alebo odvádzať výfukové plyny do výfukového potrubia.

Fáza distribúcie plynu je presne ten okamih, keď ventil začne otvárať vstup / výstup až do okamihu, keď sa úplne uzavrie. Každý inžinier pracujúci na vývoji pohonnej jednotky počíta, aká by mala byť výška otvoru ventilu, ako aj to, ako dlho zostane otvorená.

Vplyv časovania ventilov na činnosť motora

V závislosti od režimu, v ktorom motor pracuje, by sa distribúcia plynu mala začať skôr alebo neskôr. To ovplyvňuje účinnosť jednotky, jej hospodárnosť a maximálny krútiaci moment. Je to preto, lebo včasné otvorenie / zatvorenie sacieho a výfukového potrubia je kľúčom k maximálnemu využitiu energie uvoľnenej počas spaľovania HVAC.

Ak sa sací ventil začne otvárať v inom okamihu, keď piest vykoná sací zdvih, dôjde k nerovnomernému naplneniu dutiny valca čerstvou časťou vzduchu a palivo sa bude horšie miešať, čo povedie k neúplnému spaľovaniu zmesi.

Pokiaľ ide o výfukový ventil, nemal by sa otvárať skôr, ako sa piest dostane do dolnej úvrati, najneskôr však po začiatku zdvihu. V prvom prípade kompresia poklesne a s ňou motor stratí výkon. V druhom prípade budú produkty spaľovania s uzavretým ventilom vytvárať odpor pre piest, ktorý začal stúpať. Jedná sa o dodatočné zaťaženie kľukového mechanizmu, ktoré môže poškodiť niektoré jeho časti.

Pre primeranú činnosť pohonnej jednotky je potrebné odlišné časovanie ventilov. Pre jeden režim je potrebné, aby sa ventily otvárali skôr a zatvárali neskôr, a pri iných naopak. Veľký význam má tiež parameter prekrytia - to, či sa obidva ventily otvoria súčasne.

Väčšina štandardných motorov má pevné časovanie. Takýto motor bude mať v závislosti od typu vačkového hriadeľa maximálnu účinnosť buď v športovom režime, alebo pri nameranej jazde v nízkych otáčkach.

Dnes je veľa automobilov stredného a prémiového segmentu vybavených motormi, ktorých systém distribúcie plynu môže meniť niektoré parametre otvárania ventilov, vďaka čomu dochádza k vysokokvalitnému plneniu a vetraniu valcov pri rôznych rýchlostiach kľukového hriadeľa.

Tu je postup, ako by sa malo vykonať načasovanie pri rôznych otáčkach motora:

1. Voľnobeh vyžaduje takzvané úzke fázy. To znamená, že ventily sa začnú otvárať neskôr a čas ich zatvárania je naopak skoro. V tomto režime nie je súčasne žiadny otvorený stav (obidva ventily nebudú otvorené súčasne). Keď má otáčanie kľukového hriadeľa malý význam, keď sa fázy prekrývajú, môžu výfukové plyny vstupovať do sacieho potrubia a určitý objem VTS môže vstupovať do výfukových plynov.
2. Najvýkonnejší režim - vyžaduje široké fázy. Toto je režim, v ktorom majú ventily kvôli vysokej rýchlosti kratšiu otvorenú polohu. To vedie k skutočnosti, že počas športovej jazdy sa plnenie a vetranie valcov vykonáva zle. Na nápravu situácie je potrebné zmeniť časovanie ventilov, to znamená, že ventily musia byť otvorené skôr a musí sa predĺžiť ich trvanie v tejto polohe.

Pri vývoji konštrukcie motorov s variabilným časovaním ventilov berú inžinieri do úvahy závislosť momentu otvorenia ventilu od otáčok kľukového hriadeľa. Tieto prepracované systémy umožňujú, aby bol motor čo najuniverzálnejší pre rôzne štýly jazdy. Vďaka tomuto vývoju jednotka ukazuje široké spektrum možností:

• Pri nízkych otáčkach by mal byť motor pružný;
• Keď sa otáčky zvýšia, nemalo by to stratiť výkon;
• Bez ohľadu na režim, v ktorom spaľovací motor pracuje, by spotreba paliva a spolu s ním aj ekologická preprava pri preprave mala mať najvyššiu možnú úroveň pre konkrétnu jednotku.

Všetky tieto parametre je možné zmeniť zmenou konštrukcie vačkových hriadeľov. Avšak v takom prípade bude mať účinnosť motora svoju hranicu iba v jednom režime. Čo tak motor, ktorý dokáže sám zmeniť profil v závislosti od počtu otáčok kľukového hriadeľa?

Variabilné časovanie ventilov

Samotná myšlienka zmeny času otvorenia ventilu počas prevádzky pohonnej jednotky nie je nová. Táto myšlienka sa pravidelne objavovala v povedomí inžinierov, ktorí stále vyvíjali parné stroje.

Jeden z týchto vývojov sa teda nazýval Stevenson. Mechanizmus zmenil čas vstupu pary do pracovného valca. Režim sa nazýval „prerušenie pary“. Po spustení mechanizmu bol tlak presmerovaný v závislosti od konštrukcie vozidla. Z tohto dôvodu vydávali staré parné lokomotívy okrem dymu aj obláčiky pary, keď vlak zostal stáť.

Práce so zmenou časovania ventilov sa tiež uskutočňovali s leteckými jednotkami. Takže experimentálny model motora V-8 od spoločnosti Clerget-Blin s výkonom 200 koní mohol tento parameter zmeniť vzhľadom na to, že konštrukcia mechanizmu obsahovala posuvný vačkový hriadeľ.

A na motore Lycoming XR-7755 boli nainštalované vačkové hriadele, v ktorých boli pre každý ventil dve rôzne vačky. Zariadenie malo mechanický pohon a aktivoval ho sám pilot. Mohol si zvoliť jednu z dvoch možností podľa toho, či potreboval vyniesť lietadlo na oblohu, dostať sa z prenasledovania alebo jednoducho ekonomicky letieť.

Pokiaľ ide o automobilový priemysel, inžinieri začali uvažovať o uplatnení tejto myšlienky už v 20. rokoch minulého storočia. Dôvodom bol vznik vysokorýchlostných motorov, ktoré boli inštalované do športových automobilov. Nárast výkonu v takýchto jednotkách mal istý limit, aj keď sa jednotka mohla odvíjať ešte viac. Aby malo vozidlo viac výkonu, najskôr sa zväčšil iba objem motora.

Prvý, kto zaviedol variabilné časovanie ventilov, bol Lawrence Pomeroy, ktorý pracoval ako hlavný dizajnér pre automobilovú spoločnosť Vauxhall. Vytvoril motor, v ktorom bol v mechanizme rozvodu plynu nainštalovaný špeciálny vačkový hriadeľ. Viaceré jeho vačky mali niekoľko profilov.

4.4-litrový H-Type mohol v závislosti na rýchlosti kľukového hriadeľa a zaťažení, ktoré zažil, pohybovať vačkovým hriadeľom pozdĺž pozdĺžnej osi. Z tohto dôvodu sa zmenil čas a výška ventilov. Pretože táto časť mala obmedzenia v pohybe, fázové riadenie malo tiež svoje limity.

Do podobnej myšlienky sa zapojilo aj Porsche. V roku 1959 sa objavil patent na „oscilačné vačky“ vačkového hriadeľa. Tento vývoj mal zmeniť výšku ventilov a zároveň čas ich otvorenia. Vývoj zostal vo fáze projektu.

Úplne prvý funkčný mechanizmus riadenia časovania ventilov vyvinul Fiat. Vynález vyvinul Giovanni Torazza na konci 60. rokov. Mechanizmus používal hydraulické posúvače, ktoré menili bod otáčania zdvihátka ventilov. Zariadenie fungovalo podľa toho, aké boli otáčky motora a tlak v sacom potrubí.

Prvé sériové auto s variabilnými fázami GR však bolo od Alfy Romeo. Model Spider z roku 1980 dostal elektronický mechanizmus, ktorý mení fázy v závislosti od prevádzkových režimov spaľovacieho motora.

Spôsoby, ako zmeniť trvanie a šírku časovania ventilov

Dnes existuje niekoľko typov mechanizmov, ktoré menia okamih, čas a výšku otvorenia ventilu:

1. V najjednoduchšej podobe ide o špeciálnu spojku, ktorá je nainštalovaná na pohone časovacieho mechanizmu (fázový posúvač). Ovládanie sa vykonáva vďaka hydraulickému pôsobeniu na spúšťací mechanizmus a ovládanie sa vykonáva pomocou elektroniky. Pri voľnobežných otáčkach je vačkový hriadeľ v pôvodnej polohe. Len čo sa otáčky zvýšia, elektronika zareaguje na tento parameter a aktivuje hydrauliku, ktorá mierne pootočí vačkovým hriadeľom oproti počiatočnej polohe. Vďaka tomu sa ventily otvárajú o niečo skôr, čo umožňuje rýchle naplnenie valcov čerstvou porciou BTC.
2. Zmena profilu vačky. Toto je vývoj, ktorý motoristi používajú už dlho. Vďaka namontovaniu vačkového hriadeľa na neštandardné vačky môže jednotka pracovať efektívnejšie pri vyšších otáčkach. Takéto vylepšenia však musí vykonať znalý mechanik, čo vedie k veľkému množstvu odpadu. V motoroch so systémom VVTL-i majú vačkové hriadele niekoľko sád vačiek s rôznymi profilmi. Pri voľnobežných otáčkach spaľovacieho motora plnia svoju funkciu štandardné prvky. Len čo sa otáčky kľukového hriadeľa posunú za hranicu 6 tisíc, vačkový hriadeľ sa mierne posunie, kvôli čomu prichádza do činnosti ďalšia sada vačiek. Podobný proces nastane, keď sa motor točí až na 8.5 tisíca, a začne pracovať tretia sada vačiek, čím sa fázy ešte rozšíria.
3. Zmena výšky otvoru ventilu. Tento vývoj umožňuje súčasne meniť prevádzkové režimy časovania a vylúčiť škrtiacu klapku. V takýchto mechanizmoch stlačenie plynového pedála aktivuje mechanické zariadenie, ktoré ovplyvňuje otváraciu silu sacích ventilov. Tento systém znižuje spotrebu paliva asi o 15 percent a zvyšuje výkon jednotky o rovnaké množstvo. V modernejších motoroch sa nepoužíva mechanický, ale elektromagnetický analóg. Výhodou druhej možnosti je, že elektronika je schopná efektívnejšie a plynulejšie meniť režimy otvárania ventilov. Výšky zdvihu môžu byť takmer ideálne a otváracie doby môžu byť väčšie ako v predchádzajúcich verziách. Takýto vývoj môže v záujme úspory paliva dokonca vypnúť niektoré valce (niektoré ventily neotvárajte). Tieto motory aktivujú systém, keď sa auto zastaví, ale spaľovací motor nie je potrebné vypínať (napríklad na semafore) alebo keď vodič spomalí auto pomocou spaľovacieho motora.

Prečo meniť časovanie ventilov

Použitie mechanizmov, ktoré menia časovanie ventilov, umožňuje:

• Je efektívnejšie využívať zdroj pohonnej jednotky v rôznych režimoch jej prevádzky;
• Zvýšte výkon bez potreby inštalácie vlastného vačkového hriadeľa;
• Zvýšiť hospodárnosť vozidla;
• Zaistite efektívne plnenie a vetranie valcov pri vysokých rýchlostiach;
• Zvyšujte ekologickosť dopravy vďaka efektívnejšiemu spaľovaniu zmesi vzduch-palivo.

Pretože rôzne prevádzkové režimy spaľovacieho motora vyžadujú svoje vlastné parametre časovania ventilov, pomocou mechanizmov na zmenu FGR môže stroj zodpovedať ideálnym parametrom výkonu, krútiaceho momentu, ohľaduplnosti k životnému prostrediu a hospodárnosti. Jediným problémom, ktorý zatiaľ žiadny výrobca nedokáže vyriešiť, sú vysoké náklady na zariadenie. V porovnaní so štandardným motorom bude analóg vybavený podobným mechanizmom stáť takmer dvakrát toľko.

Niektorí motoristi používajú na zvýšenie výkonu vozidla systémy s variabilným časovaním ventilov. Pomocou upraveného rozvodového remeňa je však nemožné vytlačiť z jednotky maximum. Prečítajte si o ďalších možnostiach tu.

Na záver ponúkame malú vizuálnu pomôcku pre prevádzku systému variabilného časovania ventilov:

Variabilný systém časovania ventilov podľa príkladu CVVT

Otázky a odpovede:

Aké je časovanie ventilov? Toto je moment, kedy sa ventil (vstupný alebo výstupný) otvára / zatvára. Tento výraz je vyjadrený v stupňoch otáčania kľukového hriadeľa motora.

ЧČo ovplyvňuje časovanie ventilov? Časovanie ventilov je ovplyvnené prevádzkovým režimom motora. Ak v časovaní nie je fázový posun, maximálny účinok sa dosiahne iba v určitom rozsahu otáčok motora.

Na čo slúži diagram časovania ventilov? Tento diagram ukazuje, ako efektívne prebieha plnenie, spaľovanie a čistenie vo valcoch pri špecifickom rozsahu otáčok. Umožňuje vám správne vybrať časovanie ventilov.