Tiempo de válvula variable (VVT)

Teoría básica

La tecnología de válvulas múltiples de posventa se convirtió en estándar en el diseño del motor, el tiempo de válvula variable se convierte en el siguiente paso para mejorar la salida del motor, sin importar la potencia o el par.

Como usted sabe, las válvulas activan la respiración del motor. La sincronización de la respiración, es decir, la sincronización de la entrada y el escape de aire, está controlada por la forma y el ángulo de fase de las levas. Para optimizar la respiración, el motor requiere una sincronización de válvulas diferente a diferentes velocidades. Cuando aumenta la velocidad, la duración de la carrera de admisión y de escape disminuye, de modo que el aire fresco no es lo suficientemente rápido como para entrar en la cámara de combustión, mientras que el escape no es lo suficientemente seguro para salir de la cámara de combustión. Por lo tanto, la mejor solución es abrir las válvulas de entrada antes y cerrar las válvulas de escape más tarde. En otras palabras, el solapamiento entre el período de admisión y el período de escape debería aumentarse a medida que aumente el rev.

Sin VariableValve de Temporización de la tecnología, los ingenieros utilizaron para elegir el mejor compromiso de temporización.Por ejemplo, una camioneta puede adoptar menos solapamientos para los beneficios de baja velocidad de salida. Un motor de carreras puede adoptar una superposición considerable para una potencia de alta velocidad. Un sedán ordinario puede adoptar una sincronización de válvulas optimizada para revoluciones medias, de modo que tanto la capacidad de conducción a baja velocidad como la salida a alta velocidad no se sacrifiquen demasiado. No importa cuál, el resultado está optimizado para una velocidad particular.

Con sincronización de válvula variable, potencia y par se pueden optimizar a través de una amplia banda de rpm. Los resultados más notables son:

• El motor puede acelerar más, lo que aumenta la potencia máxima. Por ejemplo, el motor Neo VVL de 2 litros de Nissan produce un 25% más de potencia máxima que su versión sin VVT.
• El par de baja velocidad aumenta, lo que mejora la capacidad de conducción. Por ejemplo, Fiat Barchetta 1.El motor de 8 VVT proporciona un par máximo del 90% entre 2.000 y 6.000 rpm.

Además, todos estos beneficios vienen sin ningún inconveniente.

Elevación variable

En algunos diseños, la elevación de la válvula también se puede variar según la velocidad del motor. A alta velocidad, una elevación más alta acelera la entrada y el escape de aire, optimizando aún más la respiración. Por supuesto, a menor velocidad, tal elevación generará efectos contrarios, como el deterioro del proceso de mezcla de combustible y aire, por lo tanto, disminuirá la producción o incluso provocará un fallo de encendido. Por lo tanto, el elevador debe ser variable en función del régimen del motor.

1) VVT con cambio de levas

Honda fue pionero en el VVT usado en automóviles de carretera a finales de los años 80 al lanzar su famoso sistema VTEC (Control Electrónico de Sincronización de válvulas). Apareció por primera vez en Civic, CRX y NS-X, y luego se convirtió en estándar en la mayoría de los modelos.

Puede verlo como 2 juegos de levas con diferentes formas para permitir diferentes tiempos y desplazamientos. Un juego funciona a una velocidad normal, por ejemplo, por debajo de 4.500 rpm. Otro subestima a mayor velocidad. Obviamente, tal diseño no permite un cambio continuo de tiempo, por lo tanto, el motor funciona modestamente por debajo de las 4,500 rpm, pero más allá de que de repente se transformará en un animal salvaje.

Este sistema mejora la potencia máxima: puede elevar la línea roja a casi 8,000 rpm (incluso 9,000 rpm en S2000), al igual que un motor con árboles de levas de carreras, y aumentar la potencia del extremo superior hasta en 30 hp para un motor de 1.6 litros.! Sin embargo, para explotar dicha ganancia de potencia, debe mantener el motor hirviendo por encima de las rpm de umbral, por lo que se requiere un cambio de marcha frecuente. Como el torque de baja velocidad es demasiado pequeño (recuerde, las levas de un motor normal generalmente sirven entre 0 y 6.000 rpm, mientras que las «levas lentas» del motor VTEC aún necesitan funcionar entre 0 y 4.500 rpm), la capacidad de conducción no será demasiado impresionante. En resumen, el sistema de cambio de levas es el más adecuado para automóviles deportivos.

Hondahace mejorado su VTEC de 2 etapas en 3 etapas para algunos modelos. Por supuesto, cuanto más etapa tiene, más refinado se vuelve. Todavía ofrece una menor extensión de par que otros sistemas de variación continua. However, cam-changingsystem remains to be the most powerful VVT, since no other system can vary the Liftof valve as it does.

Advantage:	Powerful at top end
Disadvantage:	2 or 3 stages only, non-continuous; no much improvement to torque; complex
Who use it ?	Honda VTEC, Mitsubishi MIVEC, Nissan Neo VVL.

Honda’slatest 3-stage VTEC se ha aplicado en el Civic sohcengine en Japón.El mecanismo tiene 3 levas con diferentes tiempos y perfil de elevación. Tenga en cuenta que sus dimensiones también son diferentes: la leva central (sincronización rápida, elevación alta), como se muestra en el diagrama anterior, es la más grande; la leva del lado derecho (tiempo lento, elevación media) es de tamaño mediano ; la leva del lado izquierdo (sincronización lenta, levantamiento bajo) es la más pequeña.

Este mecanismo funciona así:

Etapa 1 ( baja velocidad): las 3 piezas de los brazos basculantes se mueven de forma independiente. Por lo tanto, el brazo basculante izquierdo, que acciona la válvula de inserción izquierda, es accionado por la leva izquierda de elevación baja. El brazo basculante derecho, que representa la válvula de entrada derecha, es accionado por la leva derecha de elevación media. El tiempo de ambas cámaras es relativamente lento en comparación con la cámara central, que acciona novalve ahora.

Etapa 2 ( velocidad media ): la presión hidráulica (pintada de naranja en la imagen) conecta el brazo oscilante izquierdo y derecho, dejando que el brazo oscilante medio y la leva funcionen solos. Dado que la leva derecha es más grande que la leva izquierda, los balancines conectados están conducidos por la leva derecha. Como resultado, ambas válvulas de entrada obtienen una sincronización lenta, pero elevación media.

Etapa 3 (alta velocidad): conexiones de presión hidráulica todos los 3 balancines juntos. Dado que la leva central es la más grande, ambas válvulas de entrada en realidad son impulsadas por esa leva rápida. Por lo tanto, se obtiene una sincronización rápida y una elevación elevada en ambas válvulas.

Otro ejemplo: Nissan Neo VVL

Muy similar al sistema de Honda, pero las levas derecha y izquierda tienen el mismo perfil. A baja velocidad, ambos brazos basculantes son accionados independientemente por esas levas derechas e izquierdas de tiempo lento y elevación baja. A alta velocidad, 3 brazos basculantes están conectados entre sí de manera que son impulsados por la leva media de alta elevación y sincronización rápida.

Podría pensar que debe ser un sistema de 2 etapas. No, no lo es. Dado que Nissan Neo VVLD duplica el mismo mecanismo en el árbol de levas de escape, se pueden obtener 3 etapas de la siguiente manera:

Etapa 1(baja velocidad) : tanto las válvulas de admisión como de escape tienen una configuración lenta. Etapa 2 (velocidad media): configuración de toma rápida + configuración de escape lenta. Etapa 3 (alta velocidad): las válvulas de toma y escape están en configuración rápida.

2) Cam-Phasing VVT

Cam-phasing VVT es el mecanismo más simple, más barato y más comúnmente utilizado en este momento. Sin embargo, su ganancia de rendimiento también es la menor, muy justa de hecho.

Básicamente, varía la sincronización de la válvula cambiando el ángulo de fase de los árboles de levas. Por ejemplo, a alta velocidad, el árbol de levas de entrada se girará de antemano 30° para permitir una admisión más temprana. Este movimiento es controlado por el sistema de gestión del motor según las necesidades y accionado por engranajes de válvulas hidráulicas.

tenga en cuenta que cam gradual VVT puede variar la duración de apertura de válvula. Solo permite abrir la válvula más temprano o más tarde. Resultados de apertura anterior en cierre anterior, por supuesto. Tampoco puede variar la elevación de la válvula, a diferencia de VVT que cambia la cámara. Sin embargo, el VVT con fase de levas es la forma más sencilla y barata de VVT, ya que cada árbol de levas solo necesita un actuador de fase hidráulico, a diferencia de otros sistemas que emplean un mecanismo individual para cada cilindro.

Continuo o discreto

Simplercam-phasing VVT tiene solo 2 o 3 ajustes de ángulo de desplazamiento fijo para elegir, como 0° o 30°. El mejor sistema tiene un cambio variable continuo, por ejemplo, cualquier valor de arbitraje entre 0° y 30°, depende de las rpm.Obviamente, esto proporciona la sincronización de válvulas más adecuada a cualquier velocidad, por lo que mejora enormemente la flexibilidad del motor. Además, la transición es tan suave que apenas se nota.

Entrada y salida de escape

Algún diseño, como el sistema de doble Vanos de BMW, VVT de fase hascam en los árboles de levas de admisión y escape, esto permite más solapamiento y, por lo tanto, una mayor eficiencia. Esto explica por qué 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°.

Advantage:	Cheap and simple, continuous VVT improves torque delivery across the whole rev range.
Disadvantage:	Lack of variable lift and variable valve opening duration, thus less top end power than cam-changing VVT.
Who use it ?	Most car makers, such as: · Entrada Audi V8, discreta de 2 etapas · Entrada y escape BMW Doble Vanos, continua · escape Ferrari 360 Modena, discreto de 2 etapas · entrada Fiat (Alfa) SUPER FIRE, discreta de 2 etapas · Entrada Ford Puma 1.7 Zetec SE, discreta de 2 etapas · Entrada Jaguar AJ – V6 y entrada AJ-V8 actualizada, continua · Entrada de motor Lamborghini Diablo SV, discreta de 2 etapas · entrada Porsche Variocam, discreta de 3 etapas · Renault 2.entrada de 0 litros, 2 etapas discreta · entrada Toyota VVT-i, continua · Volvo 4 / 5 / 6-motores modulares de cilindro: entrada, continua

Ejemplo: Vanos de BMW

En la imagen, es fácil entender su funcionamiento. El extremo del árbol de cámara incorpora una rosca de engranaje. La rosca está acoplada por una tapa que puede moverse hacia y lejos del árbol de levas. Debido a que la rosca del engranaje no está paralela al eje del árbol de levas, el ángulo de fase se desplazará hacia adelante si la tapa se empuja hacia el árbol de levas. Del mismo modo, alejar la tapa del árbol de levas da como resultado el desplazamiento del ángulo de fase hacia atrás.

Si el empuje o el tirón está determinado por la presión hidráulica. Hay 2 cámaras justo al lado de la tapa y están llenas de líquido (estas cámaras son de color verde y amarillo respectivamente en la imagen) Un pistón delgado separa estas 2 cámaras, la primera se une rígidamente a la tapa. El líquido entra en las cámaras a través de válvulas electromagnéticas que controlan la presión hidráulica que actúa sobre qué cámaras. Por ejemplo, si el sistema de gestión del motor señala la válvula en la cámara verde abierta, entonces la presión hidráulica actúa sobre el anillo delgado y empuja este último, acompañado con la tapa, hacia el árbol de levas, desplazando así el ángulo de fase hacia adelante.

La variación continua en la sincronización se implementa fácilmente colocando la tapa a una distancia adecuada de acuerdo con el régimen del motor.

Otro Ejemplo : ToyotaVVT-i

Macro illustration of the phasing actuator

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. Su mecanismo es más o menos el mismo que el Vanos de BMW, también es un diseño continuamente variable.

Sin embargo, la palabra «Integillent» enfatiza el programa clevercontrol. No solo varía el tiempo de acuerdo con la velocidad del motor, también considera otras condiciones como la aceleración, subir o bajar una colina.

3) VVT de cambio de levas +fase de levas

La combinación de VVT de cambio de levas y VVT de fase de levas podría satisfacer el requisito de potencia y flexibilidad de gama alta en toda la gama de revoluciones, pero es inevitablemente más compleja. En el momento de escribir este artículo, solo Toyota y Porsche tienen tales diseños. Sin embargo, creo que en el futuro más y más autos deportivos adoptarán este tipo de VVT.

Example: Toyota VTL-i

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

• Sincronización de válvula variable de fase continua de leva
• Elevación de válvula variable de 2 etapas más duración de apertura de válvula
• Aplicado a válvulas de admisión y escape

El sistema podría ser una combinación del VVT-i existente y el VTEC de Honda, aunque el mecanismo para la elevación variable es diferente Dehonda.

Al igual que EVVT-i, la sincronización variable de la válvula se implementa cambiando el ángulo de fase de todo el árbol de levas hacia adelante o hacia atrás por medio de un actuador hidraúlico conectado al extremo del árbol de levas. La sincronización es calculada por el sistema de gestión del motor con la velocidad del motor, la aceleración, la subida o bajada de la colina, etc. teniendo en cuenta. Además, la variación es continua en un amplio rango de hasta 60°, por lo que la sincronización variable por sí sola es quizás el diseño más perfecto hasta ahora.

Lo que hace que el VVTL-i sea superior al VVT-i ordinario es la» L», que significa Elevación (elevación de válvula)como todo el mundo sabe. Veamos la siguiente ilustración:

Al igual que VTEC, el sistema de Toyota utiliza un solo seguidor de brazo basculante para accionar ambas válvulas de admisión (o válvulas de escape). También tiene 2 lóbulos de leva que actúan sobre ese seguidor del brazo basculante, los lóbulos tienen un perfil diferente, uno con un perfil de duración de apertura de válvula más largo (para alta velocidad), otro con un perfil de duración de apertura de válvula de retención (para baja velocidad). A baja velocidad, la cámara lenta acciona el seguidor del brazo basculante a través de un rodamiento de rodillos (para reducir la fricción).La leva de alta velocidad no tiene ningún efecto en el seguidor de balancín porque hay suficiente espacio debajo de su taco hidráulico.
< Una salida de torsión plana (curva azul)

Cuando la velocidad ha aumentado hasta el punto de umbral, el pasador deslizante es empujado por presión hidráulica para llenar el espacio. La leva de alta velocidad se vuelve efectiva.Tenga en cuenta que la leva rápida proporciona una mayor duración de apertura de la válvula, mientras que el pasador de deslizamiento agrega elevación de la válvula. (para Honda VTEC, tanto la duración como la elevación son implementadas por los lóbulos de leva)

Obviamente,la duración variable de apertura de la válvula es un diseño de 2 etapas, a diferencia del diseño continuo de Rover VVC. Sin embargo, VVTL-i ofrece elevación variable, que eleva mucho su salida de potencia de alta velocidad. En comparación con Honda VTEC y diseños similares para Mitsubishi y Nissan, el sistema de Toyota tiene un tiempo de evaluación continuamente variable, lo que le ayuda a lograr una flexibilidad de velocidad baja a media mucho mejor. Por lo tanto, es sin duda el mejor VVT de la actualidad. However, it isalso more complex and probably more expensive to build.

Advantage:	Continuous VVT improves torque delivery across the whole rev range; Variable lift and duration lift high rev power.
Disadvantage:	More complex and expensive
Who use it ?	Toyota Celica GT-S

Example 2: Porsche Variocam Plus

Variocam Plus uses hydraulic phasing actuator and variable tappets

Variocam of the 911 Carrera uses timing chain for cam phasing.

Se dice que la Variocam Plus de Porsche fue desarrollada a partir de la Variocam que sirve a Carrera y Boxster. Sin embargo, encontré que sus mecanismosvirtualmente no comparten nada. La Variocam se introdujo por primera vez en la 968 en 1991. Utilizó una cadena de distribución para variar el ángulo de fase del árbol de cámara, por lo que proporcionó una sincronización de válvula variable de 3 etapas. 996 Carrera y Boxster también utilizan el mismo sistema. Este diseño es único y patentado, pero en realidad es inferior al actuador hidráulico preferido por otros fabricantes de automóviles, especialmente que no permite mucha variación en el ángulo de fase.

Por lo tanto, la Variocam Plus utilizada en el nuevo 911 Turbo finallyfollow utiliza el popular actuador hidráulico en lugar de la cadena. Un experto profesional bien conocido describió la sincronización variable de válvulas como continua, pero parece estar en conflicto con la declaración oficial hecha anteriormente, que reveló que el sistema tiene sincronización de válvulas de 2 etapas.

Sin embargo, los cambios más influyentes del «Plus» es la adición de elevador de válvula variable. Se implementa mediante el uso de tapones hidráulicos variables. Como se muestra en la imagen, cada válvula está servida por 3 lóbulos de levas: el central tiene menos elevación (solo 3 mm) y una duración más corta para la apertura de la válvula. En otras palabras, es la cámara «lenta». Los dos lóbulos de levas exteriores son exactamente los mismos, con sincronización rápida y elevación alta (10 mm). La selección de los lóbulos de las levas se realiza mediante el tappet variable, que en realidad consiste en un tappet interno y un tappet externo (en forma de anillo). Podrían estar unidos por un pasador operado por ahidraulic que pasa a través de ellos. De esta manera, los lóbulos de leva «rápidos»accionan la válvula, proporcionando una gran elevación y una apertura de larga duración. Si los grifos no están unidos, la válvula será accionada por el lóbulo de leva»lento» a través del grifo interior. El taco exterior se moverá independientemente del elevador de válvulas.

En conjunto, el mecanismo de elevación variable es inusualmente simple y ahorra espacio. Los grifos variables son ligeramente más pesados que los grifos ordinarios y casi no ocupan más espacio.

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

Advantage:	VVT improves torque delivery at low / medium speed; Variable lift and duration lift high rev power.
Disadvantage:	More complex and expensive
Who use it ?	Porsche 911 Turbo

4) Rover’s uniqueVVC system

Rover introduced its own system calls VVC (Variable Valve Control) in MGFin 1995. Muchos expertos lo consideran el mejor VVT teniendo en cuenta su versatilidad: a diferencia del VVT que cambia de leva, proporciona una sincronización variable continua,lo que mejora la entrega de par de revoluciones baja a media; y a diferencia del VVT con fases de leva, puede alargar la duración de la apertura de las válvulas (y de forma continua), lo que aumenta la potencia.

Básicamente, VVC emplea un disco giratorio excéntrico para accionar las válvulas de entrada de cada dos cilindros. Dado que la forma excéntrica crea una rotación no lineal, el período de apertura de las válvulas se puede variar. ¿Aún no lo entiendes ? bueno, cualquier mecanismo inteligente debe ser difícil de entender. De lo contrario, Rover no será el único fabricante de automóviles que lo use.

El VVC tiene un retroceso: dado que cada mecanismo individual sirve a 2 cilindros adyacentes, el motor aV6 necesita 4 mecanismos de este tipo, y eso no es barato. V8 también necesita 4 mecanismos de este tipo. El V12 es imposible de instalar, ya que no hay suficiente espacio para colocar el disco excéntrico y los engranajes de accionamiento entre los cilindros.

Advantage:	Continuously variable timing and duration of opening achieve both drivability and high speed power.
Disadvantage:	No es en última instancia tan potente como el VVT con cambio de levas, debido a la falta de elevación variable; Caro para V6 y V8; imposible para V12.
Que la utilizan ?	Motor Rover 1.8 VVC para MGF, Caterham y Lotus Elise 111S.

El beneficio de VVT para el consumo de combustible y las emisiones

EGR (recirculación de gases de escape) es una técnica comúnmente adoptada para reducir las emisiones y mejorar la eficiencia del combustible. Sin embargo, es una VVT que realmente aprovecha todo el potencial de la EGR.

En teoría, se necesita un solapamiento máximo entre las válvulas de admisión y las válvulas de escape que se abren cuando el motor funciona a alta velocidad. Sin embargo, cuando el coche funciona a velocidad media en carretera, en otras palabras, el motor funciona a carga ligera, la superposición máxima puede ser útil como medio para reducir el consumo de combustible y las emisiones. Dado que las válvulas de escape no se cierran hasta que las válvulas de admisión han estado abiertas durante un tiempo, algunos de los gases de escape se recirculan de nuevo en el cilindro al mismo tiempo que se inyecta la nueva mezcla de combustible y aire. Como parte de la mezcla de combustible y aire se sustituye por gases de escape, se necesita menos combustible. Debido a que el gas de escape se compone en su mayoría de gas no combustible, como el CO2, el motor funciona correctamente con la mezcla de combustible /aire más delgada sin dejar de quemar.