Variable ValveTiming (VVT)

BasicTheory

Aftermulti-ventil technologie wurde standard in motor design, Variable Ventil Timingbecomes die nächsten schritt zu verbessern motor ausgang, egal power oder drehmoment.

Wie Sie wissen, aktivieren Ventile die Atmung des Motors. Der Zeitpunkt der Atmung, dh der Zeitpunkt des Lufteinlasses und des Luftauslasses, wird durch die Form und den Phasenwinkel der Nocken gesteuert. Um die Atmung zu optimieren, Motorerfordert unterschiedliche Ventilsteuerzeiten bei unterschiedlicher Geschwindigkeit. Wenn die Drehzahl ansteigt, nimmt die Dauer des Ansaug- und Auslasshubs ab, so dass frische Luft nicht schnell genug in die Brennkammer gelangt, während der Auspuff nicht ausreicht, um die Brennkammer zu verlassen. Daher ist die beste Lösung, die Einlassventile früher zu öffnen und die Auslassventile später zu schließen. Mit anderen worten, die Überlappung zwischen einlass zeitraum und auspuff zeitraum sollte beincreased als rev erhöht.

Ohne VariableValve Timing-Technologie verwendet Ingenieure den besten Kompromiss Timing zu wählen.Zum Beispiel kann ein van weniger Überlappung für die Vorteile der niedrigen speedoutput annehmen. Ein Rennmotor kann erhebliche Überlappung für hohe speedpower annehmen. Eine gewöhnliche limousine kann annehmen ventil timing optimisefor mid-rev, so dass sowohl die niedrigen geschwindigkeit fahrverhalten und hohe geschwindigkeit ausgang willnot geopfert werden zu viel. Egal welches, das Ergebnis ist nur für eine bestimmte Geschwindigkeit optimiert.

Mit variabler Ventilsteuerung können Leistung und Drehmoment über ein breites Drehzahlband optimiert werden. Die auffälligsten Ergebnisse sind:

• Der Motor kann höher drehen und erhöht so die Spitzenleistung. Zum Beispiel gab Nissans 2-Liter-Neo-VVL-Motor 25% mehr Spitzenleistung ab als seine Nicht-VVT-Version.
• Low-Speed-Drehmoment erhöht, verbessert somit die Fahrbarkeit. Zum Beispiel Fiat Barchettas 1.Der 8-VVT-Motor bietet ein Spitzendrehmoment von 90% zwischen 2.000 und 6.000 U / min.

Darüber hinaus sind alle diese Vorteile ohne Nachteil.

Variabler Hub

In einigen Designs kann der Ventilhub auch je nach Motordrehzahl variiert werden. Bei hoher Geschwindigkeit beschleunigt ein höherer Hub den Lufteinlass und -auslass und optimiert so die Atmung weiter. Natürlich erzeugen solche Hebevorgänge bei niedrigerer Geschwindigkeit Gegeneffekte wie eine Verschlechterung des Mischprozesses von Kraftstoff und Luft, wodurch die Leistung verringert wird oder sogar zu Fehlzündungen führt. Daher sollte der Hub je nach Motordrehzahl variabel sein.

1) Cam-Ändern VVT

Honda pionierarbeit straße auto-verwendet VVT in den späten 80er jahren durch die einführung seiner berühmten VTEC system (Valve Timing Electronic Control). Ersteerschien in Civic, CRX und NS-X, wurde dann Standard in den meisten Modellen.

Sie cansee es als 2 sätze von cams mit verschiedenen formen zu ermöglichen verschiedene timing andlift. Ein Satz arbeitet bei normaler Drehzahl, beispielsweise unter 4.500 U / min. Anothersubstitutes bei höherer Geschwindigkeit. Offensichtlich erlaubt ein solches Layout kein kontinuierlicheswechsel des Timings, daher arbeitet der Motor bescheiden unter 4.500 U / min, aberoben, dass es sich plötzlich in ein wildes Tier verwandelt.

Dieses System verbessert die Spitzenleistung – es kann die rote Linie auf fast 8.000 U / min anheben (sogar 9.000 U / min in S2000), genau wie ein Motor mit Rennnockenwellen, underhöhen Sie die Spitzenleistung um bis zu 30 PS für einen 1,6-Liter-Motor!! Um eine solche Leistungssteigerung auszunutzen, müssen Sie den Motor jedoch über der Drehzahlschwelle kochen lassen, daher ist ein häufiger Gangwechsel erforderlich. Als Low-Speed-Drehmomente zu wenig (denken Sie daran, die Nocken eines normalen Motors dienen normalerweise über0-6.000 U / min, während die „langsamen Nocken“ des VTEC-Motors noch dienen müssenüber 0-4.500 U / min), wird die Fahrbarkeit nicht allzu beeindruckend sein. Kurzum, das Nockenwechselsystem ist am besten für Sportwagen geeignet.

Hondahat bereits verbessert seine 2-bühne VTEC in 3 stufen für einige modelle. Je mehr Bühne es hat, desto raffinierter wird es natürlich. Es bietet immer noch eine geringere Drehmomentbreite als andere stufenlose Systeme. However, cam-changingsystem remains to be the most powerful VVT, since no other system can vary the Liftof valve as it does.

Honda ’neueste 3-bühne VTEC angewendet wurde in Civic sohcengine in Japan.Der Mechanismus hat 3 Nocken mit unterschiedlichem Timing und Hubprofil. Beachten Sie, dass ihre Abmessungen auch unterschiedlich sind – die mittlere Nocke (schnelles Timing, hoher Hub), wie im obigen Diagramm gezeigt, ist die größte; Die rechte Seitennocke (langsames Timing, mittlerer Hub) ist mittelgroß ; die linke seite cam (langsam timing, lowlift) ist die kleinste.

Diese Mechanismus bedienen wie diese:

Bühne 1 (niedriger geschwindigkeit): die 3 stück von rocker armsmoves unabhängig. Daher wird der linke Kipphebel, der das Leftinlet-Ventil betätigt, vom linken Nocken mit geringem Hub angetrieben. Der rechte Kipphebel, derbetätigt das rechte Einlassventil, wird von der rechten Nocke mit mittlerem Hub angetrieben. Das Timing beider Nocken ist im Vergleich zur mittleren Nocke, die novalve jetzt betätigt, relativ langsam.

Stufe 2 ( mittlere Geschwindigkeit ): hydraulikdruck (im Bild orange lackiert) verbindet den linken und rechten Kipphebelzusammen, so dass der mittlere Kipphebel und der Nocken alleine laufen können. Da der rechte Nocken größer ist als der linke Nocken, werden diese verbundenen Kipphebel tatsächlich vom rechten Nocken angetrieben. Infolgedessen erhalten beide Einlassventile ein langsames Timing, aber einen mittleren Hub.

Stufe 3 (hohe geschwindigkeit): hydraulische druck connectsall 3 kipphebel zusammen. Da die mittlere Nocke die größte ist, werden beide Einlassventile tatsächlich von dieser schnellen Nocke angetrieben. Daher werden schnelles Timing und Highlift in beiden Ventilen erhalten.

Ein weiteres Beispiel – Nissan Neo VVL

Sehr ähnlich dem Honda-System, aber rechts undlinke Nocken sind mit dem gleichen Profil. Bei niedriger Geschwindigkeit werden beide Kipphebel angetriebenunabhängig von diesen langsamen rechten und linken Nocken mit geringem Hub. Bei hoher Geschwindigkeit sind 3 Kipphebel so miteinander verbunden, dass sie von der Mittelkurve mit hohem Hub und hohem Hub angetrieben werden.

Sie denken vielleicht, es muss ein 2-stufiges System sein. Nein, ist es nicht. Da Nissan Neo VVLdupliziert den gleichen Mechanismus in der Abgasnockenwelle, 3 Stufen konnten auf folgende Weise erhalten werden:

Stufe 1(niedrige Geschwindigkeit) : Sowohl Einlass- als auch Auslassventile sind langsam konfiguriert.
Stufe 2 (mittlere geschwindigkeit): fastintake konfiguration + langsam auspuff konfiguration.
Stufe 3 (high speed): bothintake und auslassventile sind in schnelle konfiguration.

2) Cam-Phasing VVT

Cam-phasing VVT ist die einfachste, billigste und am häufigsten verwendetemechanismus in diesem Moment. Sein Leistungsgewinn ist jedoch auch der geringste, sehrfair in der Tat.

Grundsätzlich variiert es die Ventilsteuerung durch Verschieben des Phasenwinkels der Nockenwellen. Bei hoher Drehzahl wird beispielsweise die Einlassnockenwelle im Voraus um 30 ° s gedreht, um einen früheren Einlass zu ermöglichen. Diese Bewegung wird vom Motormanagement gesteuertsystem nach Bedarf und betätigt durch hydraulische Ventilgetriebe.

Beachten Sie, dass die Nockenphasen-VVT die Dauer der Ventilöffnung nicht variieren kann. Es ermöglicht nur eine frühere oder spätere Ventilöffnung. Frühere openresults in früheren close, natürlich. Es kann auch nicht den Ventilhub variieren, im Gegensatz zucam-wechselnden VVT. Die Nockenphasen-VVT ist jedoch die einfachste und billigste Form der VVT, da jede Nockenwelle nur einen hydraulischen Phasensteller benötigt, im Gegensatz zu anderen Systemen, die für jeden Zylinder einen individuellen Mechanismus verwenden.

Continuousor Diskrete

Simplercam-phasing VVT hat nur 2 oder 3 feste shift winkel einstellungen zu wählen aus, wie entweder 0 ° oder 30 °. Das System hat eine kontinuierliche variable Verschiebung, sagen wir, jeder beliebige Wert zwischen 0 ° und 30 °, hängt von der Drehzahl ab.Offensichtlich diese bieten die meisten geeignet ventil timing bei jeder geschwindigkeit, thusgreatly verbessern motor flexiblility. Darüber hinaus ist der Übergang so glatt, dass kaum wahrnehmbar.

Einlass und Auspuff

Einige Design, wie BMW der Doppel Vanos system, hascam-phasing VVT sowohl an einlass-und auslass nockenwellen, diese ermöglichen moreoverlapping, daher höhere effizienz. Dies erklärt, warum BMW M3 3.2 (100hp/litre)is more efficient than its predecessor, M3 3.0 (95hp/litre) whose VVT isbounded at the inlet valves.

In theE46 3-series, the Double Vanos shift the intakecamshaft within a maximum range of 40° .The exhaust camshaft is 25°.

Beispiel: BMW Vanos

Auf dem Bild ist die Funktionsweise leicht zu verstehen. Das Ende der Nockenwelle enthält ein Zahnradgewinde. Das Gewinde wird durch eine Kappe gekoppelt, die kannbewegen Sie sich zur und von der Nockenwelle weg. Da das Zahnradgewinde nicht parallel zur Achse der Nockenwelle ist, verschiebt sich der Phasenwinkel nach vorne, wenn die Kappe in Richtung der Nockenwelle gedrückt wird. In ähnlicher Weise ziehen Sie die Kappe von der Nockenwelle wegführt zu einer Verschiebung des Phasenwinkels nach hinten.

Obdrücken oder ziehen wird durch den Hydraulikdruck bestimmt. Es sind 2 chambersright neben die kappe und sie sind gefüllt mit flüssigkeit (diese kammern arecolored grün und gelb jeweils in die bild) EINE dünne kolben separatesthese 2 kammern, die ehemalige legt starr an die kappe. Flüssigkeit geben thechambers über elektromagnetische ventile, die steuert die hydraulische pressureacting auf die kammern. Wenn beispielsweise das Motormanagementsystem das Ventil an der grünen Kammer öffnet, wirkt Hydraulikdruck auf den dünnen Kolben und drückt diesen zusammen mit der Kappe in Richtung Nockenwelle, wodurch der Phasenwinkel nach vorne verschoben wird.

Continuousvariation in timing ist leicht implementiert durch positionierung der kappe zu einem suitabledistance nach motor geschwindigkeit.

Ein weiteres Beispiel : ToyotaVVT-i

Toyota’s VVT-i(Variable Valve Timing – Intelligent) has been spreading to more and more ofits models, from the tiny Yaris (Vitz)to the Supra. Sein Mechanismus ist mehr oder weniger der gleiche wie der Vanos von BMW, es ist auch ein stufenloses Design.

Das Wort „Integillent“ betont jedoch das clevercontrol-Programm. Das Timing variiert nicht nur je nach Motordrehzahl, sondern berücksichtig auchBetrachten Sie andere Bedingungen wie Beschleunigung, bergauf oder bergab.

3) Cam-Ändern + Cam-Phasing VVT

Kombination cam-ändern VVT und cam-phasing VVT erfüllen könnte therequirement von sowohl top-end power und flexibilität in der gesamten revrange, aber es ist zwangsläufig komplexer. Zum Zeitpunkt des Schreibens haben nur Toyota und Porschesolche Designs. Ich glaube jedoch, dass in Zukunft immer mehr Sportwagen diese Art von VVT übernehmen werden.

Example: Toyota VTL-i

Toyota’s VVTL-iis the most sophisticated VVT design yet. Its powerful functions include:

• Kontinuierliche nockenphasige variable Ventilsteuerung
• 2-stufiger variabler Ventilhub plus Ventilöffnungsdauer
• Angewendet auf Einlass- und Auslassventile

Das System könnte als eine Kombination aus dem bestehenden VVT-i und Honda VTEC gesehen werden, obwohl der Mechanismus für den variablen Lift anders ist als Honda.

Wie Vvt-i, die variable ventil timing ist implementiert byshifting die phase winkel der ganze nockenwelle vorwärts oder rückwärts durch bedeutet von ahydraulischen antrieb angebracht, um das ende der nockenwelle. Das Timing wird vom Motormanagementsystem mit Motordrehzahl, Beschleunigung, Bergauf oder bergab usw. berechnet. unter Berücksichtigung. Darüber hinaus ist dievariation kontinuierlich über einen weiten bereich von bis zu 60 °, daher dievariable timing allein ist vielleicht die perfekte design bis jetzt.

Was den VVTL-i dem gewöhnlichen VVT-i überlegen macht, ist das „L“, das bekanntlich für Lift (valve lift) steht. Sehen wir uns die folgende Abbildung an:

Wie VTEC verwendet Toyotas System einen einzigen Kipphebelfolger, um beide Einlassventile (oder Auslassventile) zu betätigen. Es hat auch 2 Nocken, die auf diesen Kipphebelfolger wirken, die Nocken haben ein anderes Profil – eines mit längerem Ventilöffnungsdauerprofil (für hohe Geschwindigkeit), ein anderes mit kürzerem Ventilöffnungsdauerprofil (für niedrige Geschwindigkeit). Bei niedriger Geschwindigkeit betätigt die Slowcam den Kipphebelfolger über ein Rollenlager (zur Reduzierung der Reibung).Der Hochgeschwindigkeitsnocken hat keine Auswirkung auf den Wippenfolger, da unter seinem hydraulischen Stößel ein ausreichender Abstand vorhanden ist.
< EINE flache torqueoutput (blau kurve)

Whenspeed hat erhöht, um die schwelle punkt, die schiebe pin ist geschoben byhydraulic druck zu füllen die abstand. Der Hochgeschwindigkeitsnocken wird wirksam.Beachten Sie, dass der schnelle Nocken eine längere Ventilöffnungsdauer bietet, während der Gleitstift den Ventilhub erhöht. (für Honda VTEC sind sowohl die Dauer als auch der Hubimplementiert durch die Nockenkeulen)

Offensichtlich ist die variable Ventilöffnungsdauer im Gegensatz zum kontinuierlichen Design des VVC ein 2-stufiges Design. VVTL-i bietet jedoch einen variablen Auftrieb, der seine Hochgeschwindigkeitsleistung stark anhebt. Comparemith Honda VTEC und ähnliche designs für Mitsubishi und Nissan, Toyota system hat kontinuierlich variablevalve timing, die hilft es zu erreichen weit besser niedrigen zu medium speedflexibility. Daher ist es zweifellos die beste VVT heute. However, it isalso more complex and probably more expensive to build.

Example 2: Porsche Variocam Plus

Die Variocam Plus von Porsche soll aus der Variocam entwickelt worden sein, die der Carrera und dem Boxster dient. Allerdings fand ich ihre mechanismsvirtually teilen nichts. Die Variocam wurde erstmals 1991 im 968 vorgestellt. Es verwendet timing kette zu variieren die phase winkel der nockenwelle, so zur verfügung gestellt 3-bühne variable ventil timing. 996 Carrera und Boxster verwenden auch das gleiche System. Dieses design isunique und patentierte, aber es ist tatsächlich schlechter als die hydraulische antrieb begünstigt durch andere auto makers, vor allem es doesn’t allowas viel variation zu phase winkel.

Daher verwendet die Variocam Plus, die im neuen 911 Turbo finallyfollow verwendet wird, den beliebten hydraulischen Aktuator anstelle der Kette. Ein bekannter Porsche-Experte beschrieb die variable Ventilsteuerung als kontinuierlich, aber es scheint im Widerspruch zu der zuvor gemachten offiziellen Aussage zu stehen, wonach das System über eine 2-stufige Ventilsteuerung verfügt.

Die einflussreichste Änderung des „Plus“ ist jedoch die Hinzufügung vonvariabler Ventilhub. Es wird durch die Verwendung von variablen hydraulischen Stößeln implementiert. Wie im Bild gezeigt, wird jedes Ventil von 3 Nockenkeulen bedient – der mittlere hat offensichtlich weniger Hub (nur 3 mm) und kürzere Dauer für die Ventilöffnung. Mit anderen Worten, es ist die „langsame“ Cam. Die äußeren beiden Nockenkeulen sindgenau gleich, mit schnellem Timing und hohem Hub (10 mm). Die Auswahl der Nocken erfolgt durch den variablen Stößel, der eigentlich aus einem inneren und einem äußeren (ringförmigen) Stößel besteht. Sie könnten durch einen hydraulisch betätigten Stift, der durch sie hindurchgeht, miteinander verriegelt werden. Auf diese Weise betätigen die „schnellen“ Nockenkeulen das Ventil und sorgen für einen hohen Hub und eine lange Öffnungsdauer. Wenn die Stößel nicht miteinander verriegelt sind, wird das Ventil von der „langsamen“ Nockenkeule über den inneren Stößel betätigt. Der äußere Stößel bewegt sichunabhängig vom Ventilheber.

Insgesamt ist der variable Hubmechanismus ungewöhnlich einfach und platzsparend. Thevariable Stößel sind gerade marginal schwerer als gewöhnliche Stößel und engagenearly kein mehr Raum.

Nevertheless,at the moment the Variocam Plus is just offered forthe intake valves.

4) Rover’s uniqueVVC system

Rover introduced its own system calls VVC (Variable Valve Control) in MGFin 1995. Viele experten betrachten es als die beste VVT unter berücksichtigung seiner all-roundability-im gegensatz zu cam-ändern VVT, es bietet kontinuierlich variable timing, so verbessern niedrigen zu medium rev drehmoment lieferung; und im gegensatz zu cam-phasing VVT, itcan verlängern die dauer von ventile öffnung (und kontinuierlich), so boostpower.

Grundsätzlich verwendet VVC eine exzentrisch rotierende Scheibe, um die Einlassventile jedes Zweizylinders anzutreiben. Da die exzentrische Form eine nichtlineare Rotation erzeugt, kann die Öffnungszeit der Ventile variiert werden. Immer noch nicht verstehen? nun, jeder clevere Mechanismus mussschwierig zu verstehen sein. Andernfalls wird Rover nicht der einzige Autohersteller sein, der es verwendet.

VVC hat einen Rückzieher: Da jeder einzelne Mechanismus 2 benachbarte Zylinder bedient, benötigt der aV6-Motor 4 solcher Mechanismen, und das ist nicht billig. V8 braucht auch 4 solchemechanismus. V12 kann nicht montiert werden, da zwischen den Zylindern nicht genügend Platz für die Exzenterscheibe und die Antriebsräder vorhanden ist.

VVT’s Nutzen für Kraftstoffverbrauch und Emissionen

EGR Abgasrückführung) ist eine häufig angewendete Technik, um Emissionen zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Es sind jedoch VVT, die das volle Potenzial der AGR wirklich ausschöpfen.

Theoretisch ist eine maximale Überlappung zwischen den Einlassventilen und den Auslassventilen erforderlich, die sich öffnen, wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit läuft. Jedoch, wenn das auto isrunning bei mittlerer geschwindigkeit in autobahn, in anderen worten, der motor läuft atlight last, maximale überlappung kann nützlich sein als ein mittel zu reduzieren fuelconsumption und emission. Da die Auslassventile erst schließen, wenn die Auslassventile eine Weile geöffnet sind, werden einige der Abgase gleichzeitig mit der Einspritzung des neuen Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Zylinder zurückgeführt. Da ein Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch ersetzt wirdabgas, weniger Kraftstoff wird benötigt. Weil das Abgas mostlynon-brennbares Gas, wie CO2 umfassen, läuft die Maschine richtig am magereren Brennstoff/an der Luftmischung, ohne zu versäumen zu verbrennen.