Variable ValveTiming (VVT)

BasicTheory

Aftermulti-valvola tecnologia è diventato standard nella progettazione del motore, valvola variabile Timingbecomes il passo successivo per migliorare la potenza del motore, non importa potenza o coppia.

Come sapete, le valvole attivano la respirazione del motore. La tempistica della respirazione, quellaè, la tempistica della presa d’aria e dello scarico, è controllata dalla forma e dalla faseangolo delle camme. Per ottimizzare la respirazione, il motorerichiede una diversa fasatura delle valvole a velocità diverse. Quando il giro aumenta, la durata della corsa di aspirazione e scarico diminuisce in modo che l’aria fresca non diventi abbastanza veloce per entrare nella camera di combustione, mentre lo scarico non diventa abbastanza veloce per uscire dalla camera di combustione. Pertanto, la soluzione migliore è aprirele valvole di ingresso prima e chiudere le valvole di scarico più tardi. In altre parole, la sovrapposizione tra il periodo di aspirazione e il periodo di scarico dovrebbe essere aumentata all’aumentare dei giri.

Senza VariableValve tecnologia di Cronometraggio, ingegneri utilizzato per scegliere il miglior compromesso tempi.Ad esempio, un furgone può adottare meno sovrapposizioni per i benefici della bassa velocità. Un motore da corsa può adottare notevoli sovrapposizioni per l’alta velocitàpotenza. Una berlina ordinaria può adottare l’ottimizzazione della fasatura delle valvole a metà giro in modo che sia la guidabilità a bassa velocità che l’uscita ad alta velocità non vengano sacrificate troppo. Non importa quale, il risultato è solo ottimizzato per una particolare velocità.

Con variabile fasatura delle valvole, potenza e coppia può essere optimisedacross un ampio rpm band. I risultati più evidenti sono:

• Il motore può girare più in alto, quindi aumenta la potenza di picco. Ad esempio, il motore Neo VVL da 2 litri di Nissan ha prodotto il 25% in più di potenza di picco rispetto alla versione non VVT.
• Aumenta la coppia a bassa velocità, migliorando così la guidabilità. Ad esempio, Fiat Barchetta 1.8 VVT motore fornisce il 90% di coppia massima tra 2,000 e 6,000 rpm.

Inoltre, tutti questi vantaggi vengono senza alcun inconveniente.

VariableLift

In alcuni disegni, l’alzata delle valvole può anche essere variata in base al regime del motore. Ad alta velocità, una maggiore portanza accelera l’aspirazione e lo scarico dell’aria, ottimizzando ulteriormente la respirazione. Naturalmente, a velocità più basse tale liftwill generare contro effetti come il deterioramento del processo di miscelazione di carburante andair, quindi diminuire la produzione o addirittura porta a misfire. Pertanto l’ascensore shouldbe variabile in base alla velocità del motore.

1) Cam-Changing VVT

Honda ha aperto la strada auto-usato VVT alla fine degli anni ‘ 80, lanciando il suo famoso sistema VTEC (Valve Timing Electronic Control). Per prima cosa è apparso in Civic, CRX e NS-X, quindi è diventato standard nella maggior parte dei modelli.

Puoi vederlo come 2 set di camme con forme diverse per abilitare diversi tempi e sollevamento. Un set funziona durante la velocità normale, ad esempio, al di sotto di 4.500 giri / min. Un Altrosostituisce a velocità più elevata. Ovviamente, tale layout non consente continuocambio di tempi, quindi il motore si comporta modestamente al di sotto di 4.500 giri / min, ma soprattutto che si trasformerà improvvisamente in un animale selvatico.

Questo sistema migliora la potenza di picco – può aumentare la linea rossa a quasi 8.000 giri / min (anche 9.000 giri / min in S2000), proprio come un motore con alberi a camme da corsa, e aumentare la potenza di punta di ben 30 CV per un motore da 1,6 litri !! Tuttavia, per sfruttare tale guadagno di potenza, è necessario mantenere il motore in ebollizione al di sopra del rpm di soglia, pertanto è necessario un cambio di marcia frequente. Come torquegains bassa velocità troppo poco (ricordate, le camme di un motore normale di solito serve across0-6,000 rpm, mentre le “camme lente” del motore VTEC ancora bisogno di serveacross 0-4,500 rpm), guidabilità non sarà troppo impressionante. In breve, il sistema di cambio cam è più adatto alle auto sportive.

Hondaha già migliorato il suo VTEC a 2 stadi in 3 stadi per alcuni modelli. Certo, più stadio ha, più diventa raffinato. Offre ancora meno broadspread di coppia come altri sistemi a variazione 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-fase VTEC è stato applicato Civica sohcengine in Giappone.Il meccanismo ha 3 camme con diversi tempi e profilo di sollevamento. Si noti chele loro dimensioni sono anche diverse-la camma centrale (temporizzazione veloce, alta portanza), come mostrato nel diagramma sopra, è la più grande; la camma laterale destra (slowtiming, medium lift) è di medie dimensioni ; la camma laterale sinistra (temporizzazione lenta, lowlift) è la più piccola.

Questo meccanismo funziona in questo modo:

Fase 1 ( bassa velocità ) :i 3 pezzi di bilancieri si muovono in modo indipendente. Pertanto il bilanciere sinistro, che aziona la valvola leftinlet, è azionato dalla camma sinistra a bassa portanza. Il bilanciere destro, cheattua la valvola di ingresso destra, è azionata dalla camma destra a sollevamento medio. I tempi di Bothcams sono relativamente lenti rispetto alla camma centrale, che ora aziona novalve.

Fase 2 (velocità media ): la pressione idraulica (dipinta di arancione nella foto) collega i bilancieri sinistro e destroinsieme, lasciando il bilanciere centrale e la camma per funzionare da soli. Dal momento che la camma destra è più grande della camma sinistra, i bilancieri collegati sono azionati dalla camma destra. Di conseguenza, entrambe le valvole di ingresso ottengono tempi lenti ma sollevamento medio.

Fase 3 (ad alta velocità): pressione idraulica connectsall 3 bilancieri insieme. Poiché la camma centrale è la più grande, entrambe le valvole inlet sono effettivamente guidate da quella camma veloce. Pertanto, tempi veloci e highlift sono ottenuti in entrambe le valvole.

Un altro esempio – Nissan Neo VVL

Molto simile al sistema Honda, ma il diritto ele camme a sinistra hanno lo stesso profilo. A bassa velocità, entrambi i bilancieri sono guidatiindipendentemente da quelle camme a bassa velocità, a bassa portanza destra e sinistra. Ad alta velocità, 3 bilancieri sono collegati tra loro in modo tale che essi sono guidati da thefast-timing, high-lift medio cam.

Si potrebbe pensare che debba essere un sistema a 2 stadi. No, non lo e’. Poiché Nissan Neo vvlduplica lo stesso meccanismo nell’albero a camme di scarico, 3 stadi potrebbero essereottenuto nel modo seguente:

Stage 1(bassa velocità) : entrambe le valvole di aspirazione e scarico sono in configurazione lenta.
Fase 2 (velocità media): configurazione fastintake + configurazione di scarico lento.
Fase 3 (ad alta velocità): bothintake e valvole di scarico sono in configurazione veloce.

2) Cam-Phasing VVT

Cam-phasing VVT è il più semplice, più economico e più comunemente usatomeccanismo in questo momento. Tuttavia, il suo guadagno di prestazioni è anche il minimo, veryfair davvero.

Fondamentalmente,varia la fasatura delle valvole spostando l’angolo di fase degli alberi a camme. Ad esempio, ad alta velocità, l’albero a camme di ingresso verrà ruotato in anticipo di 30° per consentire l’aspirazione precedente. Questo movimento è controllato dal sistema di gestione del motore in base alle necessità e azionato da ingranaggi della valvola idraulica.

Si noti che cam-phasing VVT non può variare la durata di apertura della valvola. Consente solo l’apertura della valvola precedente o successiva. In precedenza openresults in chiusura precedente, ovviamente. Inoltre, non può variare l’alzata della valvola, a differenza del VVT che cambia la telecamera. Tuttavia, cam-phasing VVT è la forma più semplice ed economico OFVVT perché ogni albero a camme ha bisogno di un solo idraulico phasing attuatore, a differenza di altri sistemi che impiegano meccanismo individuale per ogni cilindro.

Continuousor Discrete

Simplercam-phasing VVT ha solo 2 o 3 impostazioni di angolo di spostamento fisso tra cui scegliere, suchas o 0° o 30°. Il sistema migliore ha uno spostamento variabile continuo, ad esempio, qualsiasi valore arbitrario tra 0° e 30°, dipende dal numero di giri.Ovviamente questo fornisce la fasatura delle valvole più adatta a qualsiasi velocità, quindi migliora notevolmente la flessibilità del motore. Inoltre, la transizioneè così liscia che difficilmente si nota.

Intakeand Exhaust

Somedesign, come il doppio sistema Vanos di BMW, hascam-phasing VVT a entrambi gli alberi a camme di aspirazione e di scarico, questo abilitare moreoverlapping, quindi maggiore efficienza. Questo spiega perché 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: · Audi V8 – ingresso, 2 stadi discreti · BMW Doppio Vanos di aspirazione e scarico, continua · Ferrari 360 Modena – scarico, 2-stadi discreti · Fiat (Alfa) SUPER FIRE – ingresso, 2 stadi discreti · Ford Puma 1.7 Titanium SE – ingresso, 2-fase di discrete · Jaguar AJ-V6 e aggiornato AJ-V8 – ingresso, continuo · Lamborghini Diablo SV motore di aspirazione, 2-stadi discreti · Porsche Variocam – ingresso, 3-fase discreti · Renault 2.0-litro – di aspirazione, 2-stadi discreti · Toyota VVT-i – entrata, continua · Volvo 4 / 5 / 6-cilindro motori modulari – ingresso, continuo

Esempio : BMW Vanos

Dalla foto, è facile capire il suo funzionamento. L’estremità dell’albero a camme incorpora una filettatura dell’ingranaggio. Il filo è accoppiato da un tappo che puòmuovere verso e lontano dall’albero a camme. Poiché la filettatura dell’ingranaggio non è inparallel all’asse dell’albero a camme, l’angolo di fase si sposterà in avanti se il tappo viene spinto verso l’albero a camme. Allo stesso modo, tirando il tappo lontano dall’albero a camarisultati nello spostamento dell’angolo di fase all’indietro.

Whetherpush o tirare è determinato dalla pressione idraulica. Ci sono 2 chambersright accanto al tappo e sono riempiti di liquido (queste camere arecolored verde e giallo rispettivamente nella foto) Un sottile pistone separatesthese 2 camere, il primo si attacca rigidamente al tappo. Liquido entrare thechambers tramite valvole elettromagnetiche che controlla il pressureacting idraulico su quali camere. Ad esempio, se il sistema di gestione del motore segnalala valvola alla camera verde aperta, quindi la pressione idraulica agisce sul thinpiston e spinge quest’ultimo, accompagnato dal tappo, verso l’albero a camme, quindi sposta in avanti l’angolo di fase.

La variazione continua nei tempi è facilmente implementata posizionando il tappo a una distanza adeguata in base al regime del motore.

Un altro esempio : 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. Il suo meccanismo è più o meno lo stesso del Vanos di BMW, è anche un design a variazione continua.

Tuttavia,la parola “Integillent” enfatizza il programma clevercontrol. Non solo varia i tempi in base alla velocità del motore, ma comprende anche altre condizioni come l’accelerazione, la salita o la discesa.

3) Cam-Changing +Cam-Phasing VVT

La combinazione di cam-changing VVT e cam-phasing VVT potrebbe soddisfare la richiesta di potenza e flessibilità di fascia alta in tutto il revrange, ma è inevitabilmente più complessa. Al momento della scrittura, solo Toyota e Porsche hannotali disegni. Tuttavia, credo che in futuro sempre più auto sportive lo farannoadottare questo tipo di VVT.

Example: Toyota VTL-i

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

• Continua cam-fasatura valvole a fasatura variabile
• 2-fase variabile alzata delle valvole plus-valvola di apertura di durata
• Applicato a entrambe le valvole di aspirazione e scarico

Il sistema potrebbe beseen come una combinazione di esistente VVT-i andHonda del VTEC, anche se il meccanismo per la variabile ascensore è diverso fromHonda.

ComeVVT-i, la fasatura variabile delle valvole viene implementata spostando l’angolo di fase dell’intero albero a camme in avanti o indietro mediante un attuatore idraulico collegato all’estremità dell’albero a camme. La temporizzazione isalculated dal sistema di gestione del motore con velocità del motore, accelerazione, salendo collina o giù collina ecc. prendendo in considerazione. Inoltre, la variazione è continua su un’ampia gamma fino a 60°, quindi la temporizzazione variabile da sola è forse il design più perfetto fino ad ora.

Ciò che rende il VVTL-i superiore al normale VVT-i è la “L”, che sta per Lift (valve lift)come tutti sanno. Vediamo la seguente illustrazione:

Come VTEC, il sistema Toyota utilizza un singolo bilanciere per azionare entrambe le valvole di aspirazione (o valvole di scarico). Inoltre ha 2 camlobes che agiscono su quel seguace del bilanciere, i lobi hanno profilo differente-uno con il profilo più lungo di durata di apertura della valvola (per l’alta velocità), un altro withshorter profilo di durata di apertura della valvola (per la bassa velocità). A bassa velocità, lo slowcam aziona il bilanciere tramite un cuscinetto a rulli (per ridurre l’attrito).La camma ad alta velocità non ha alcun effetto sul seguace del bilanciere perché c’è una spaziatura sufficiente sotto la sua punteria idraulica.
< A torqueoutput piatto (curva blu)

Quando la velocità è aumentata al punto di soglia, il perno scorrevole viene spinto dalla pressione idraulica per riempire la spaziatura. La camma ad alta velocità diventa efficace.Si noti che la camma veloce fornisce una durata di apertura della valvola più lunga mentre il perno di scorrimento aggiunge sollevamento della valvola. (per Honda VTEC, sia la durata che l’ascensore sono implementati dai lobi della camma)

Ovviamente, la durata variabile dell’apertura della valvola è un design a 2 stadi, a differenza del design continuo di Rover VVC. Tuttavia, VVTL-ioffre un sollevamento variabile, che solleva molto la sua potenza ad alta velocità. Comparewith Honda VTEC e disegni simili per Mitsubishi e Nissan, il sistema di Toyota ha continuamente variablevalve temporizzazione che lo aiuta a raggiungere molto meglio basso a medio speedflexibility. Pertanto è senza dubbio il miglior VVT oggi. 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.

Il Variocam Plus di Porsche è stato sviluppato dalla Variocam che serve la Carrera e la Boxster. Tuttavia, ho trovato i loro meccanismivirtualmente non condividono nulla. La Variocam è stata introdotta per la prima volta nella 968 nel 1991. Ha usato la catena di distribuzione per variare l’angolo di fase dell’albero a camme, fornendo così una fasatura variabile a 3 stadi. 996 Carrera e Boxster utilizzano anche lo stesso sistema. Questo design è unico e brevettato, ma in realtà è inferiore all’attuatore idraulico favorito da altre case automobilistiche, in particolare non consente molte variazioni all’angolo di fase.

Pertanto,il Variocam Plus utilizzato nel nuovo 911 Turbo finallyfollow utilizza il popolare attuatore idraulico al posto della catena. Un noto esperto di Porsche ha descritto la fasatura variabile delle valvole come continua, ma sembra in conflitto con la dichiarazione ufficiale fatta in precedenza, che ha rivelato il sistemaha una fasatura delle valvole a 2 stadi.

Tuttavia,i cambiamenti più influenti del “Plus” è l’aggiunta dialimentazione variabile delle valvole. Viene implementato utilizzando punterie idrauliche variabili. Come mostrato nella foto, ogni valvola è servita da 3 lobi a camme – quello centrale ha una portanza notevolmente inferiore (solo 3 mm) e una durata più breve per l’apertura della valvola. In altre parole, è la camma “lenta”. I due lobi esterni della camma sono esattamente gli stessi, con temporizzazione veloce e portanza elevata (10 mm). La selezione dei camlobes è fatta dalla punteria variabile, che in realtà consiste di un innertappet e di una punteria esterna (a forma di anello). Potevano da bloccato insieme da perno ahydraulic azionato passando attraverso di loro. In questo modo, i lobi “veloci”della camma azionano la valvola, fornendo l’alto ascensore e l’apertura di lunga durata. Se le punterie non sono bloccate insieme, la valvola verrà azionata dal lobo della camma”lento” tramite la punteria interna. La punteria esterna si muoveràindipendente dal sollevatore della valvola.

Asseen, il meccanismo di sollevamento variabile è insolitamente semplice e salvaspazio. Le punterie variabili sono solo marginalmente più pesanti delle punterie ordinarie e non occupano più spazio.

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. Molti esperti lo considerano il miglior VVT considerando la sua versatilità-a differenza del VVT a camma variabile, fornisce una fasatura variabile in continuo, migliorando così l’erogazione della coppia di giri da bassa a media; e, a differenza del VVT a camma, può allungare la durata dell’apertura delle valvole (e in modo continuo), aumentando così la potenza.

Fondamentalmente,VVC impiega un disco rotante eccentrico per pilotare le valvole di ingresso di ogni twocylinder. Poiché la forma eccentrica crea una rotazione non lineare, l’apertura delle valvoleil periodo può essere variato. Ancora non capisci ? bene, qualsiasi meccanismo intelligente deveessere difficile da capire. In caso contrario, Rover non sarà l’unico produttore di auto usingit.

VVC hasone draw back: poiché ogni singolo meccanismo serve 2 cilindri adiacenti, il motore aV6 ha bisogno di 4 tali meccanismi, e non è economico. Anche V8 ha bisogno di 4 talimeccanismo. V12 è impossibile da montare, poiché non c’è spazio sufficiente peradattare il disco eccentrico e gli ingranaggi di trasmissione tra i cilindri.

Advantage:	Continuously variable timing and duration of opening achieve both drivability and high speed power.
Disadvantage:	In definitiva non potente come VVT che cambia cam, a causa della mancanza di portanza variabile; Costoso per V6 e V8; impossibile per V12.
Chi lo usa ?	Rover 1.8 VVC motore che serve MGF, Caterham e Lotus Elise 111S.

VVT a vantaggio di consumi ed emissioni

EGR (ricircolo dei gas di Scarico) è un commonlyadopted tecnica per ridurre le emissioni e migliorare il risparmio di carburante. Tuttavia, itis VVT che realmente sfruttano tutto il potenziale di EG.

In teoria, è necessaria la massima sovrapposizione tra le valvole di aspirazione e l’apertura delle valvole di scarico quando il motore funziona ad alta velocità. Tuttavia, quando l’auto circola a velocità media in autostrada, in altre parole, il motore è in funzione a carico leggero, la sovrapposizione massima può essere utile come mezzo per ridurre il consumo di carburante e le emissioni. Poiché le valvole di scarico non si chiudono fino a quando le valvole di aspirazione non sono state aperte per un po’, alcuni dei gas di scarico vengono ricircolati nel cilindro contemporaneamente all’iniezione del nuovo mix carburante / aria. Come parte della miscela carburante / aria è sostituita dagas di scarico, è necessario meno carburante. Poiché i gas di scarico sono costituiti principalmente da gas non combustibili, come la CO2, il motore funziona correttamente con la miscela carburante /aria più snella senza non riuscire a bruciare.