zmienny Rozrząd zaworów (VVT)

BasicTheory

Aftermulti-valve technology stał się standardem w konstrukcji silnika, zmienny czas zaworów jest kolejnym krokiem do zwiększenia mocy silnika, bez względu na moc lub moment obrotowy.

jak wiadomo, Zawory uruchamiają oddychanie silnika. Czas oddychania, czyli czas wlotu i wydechu powietrza, jest kontrolowany przez kształt i fazę krzywek. Aby zoptymalizować oddychanie, silnikwymaga inny rozrząd zaworu przy różnych prędkościach. Po wzroście obrotów zmniejsza się czas trwania skoku wlotu i wylotu, tak że świeże powietrze nie jest wystarczająco szybkie, aby dostać się do komory spalania, podczas gdy spaliny nie są mocowane, aby opuścić komorę spalania. Dlatego najlepszym rozwiązaniem jest wcześniejsze otwieranie zaworów wlotowych i późniejsze zamykanie zaworów wylotowych. Innymi słowy, nakładanie się okresu poboru i okresu wydechu powinno być zwiększane wraz ze wzrostem obrotów.

bez variablevalve timing technology inżynierowie wybrali najlepszy kompromis.Na przykład, Samochód dostawczy może przyjąć mniej nakładających się korzyści z niskiej prędkości. Silnik wyścigowy może przyjąć znaczne nakładanie się na dużą prędkość. Zwykły sedan może przyjąć optymalizację rozrządu zaworu w połowie obrotów, dzięki czemu zarówno niska prędkość jazdy, jak i wysoka prędkość wyjściowa nie zostaną zbyt poświęcone. Bez względu na to, który z nich, wynik jest po prostu zoptymalizowany pod kątem określonej prędkości.

dzięki zmiennemu rozrządu, moc i moment obrotowy mogą być optymalizowane w szerokim zakresie obrotów. Najbardziej zauważalne wyniki To:

• silnik może obracać się wyżej, co zwiększa moc szczytową. Na przykład 2-litrowy silnik Neo VVL Nissana generuje o 25% większą moc szczytową niż jego wersja bez VVT.
• niski moment obrotowy zwiększa się, co poprawia właściwości jezdne. Np. Fiat Barchetta 1.Silnik 8 VVT Zapewnia 90% maksymalnego momentu obrotowego między 2000 A 6000 obr. / min.

VariableLift

w somedesigns podnoszenie zaworów może być również zmieniane w zależności od prędkości obrotowej silnika. Przy dużej prędkości, wyższy podnośnik przyspiesza wlot i wylot powietrza, co dodatkowo optymalizuje oddychanie. Oczywiście przy niższej prędkości taki podnośnik generuje efekty przeciwne, takie jak pogorszenie procesu mieszania paliwa i powietrza, zmniejszając w ten sposób wydajność, a nawet prowadzi do niewypału. Dlatego Winda powinna być zmienna w zależności od prędkości obrotowej silnika.

1) Cam-Changing VVT

Honda pionierem samochód drogowy-używane VVT w późnych 80sby uruchomienie słynnego systemu VTEC (Valve Timing Electronic Control). Najpierw pojawił się w Civic, CRX I Ns-X, a następnie stał się standardem w większości modeli.

możesz zobaczyć go jako 2 zestawy krzywek o różnych kształtach, aby umożliwić inny czas i przesunięcie. Jeden zestaw działa przy normalnej prędkości, powiedzmy poniżej 4500 obr. / min. Kolejny z nich porusza się z większą prędkością. Oczywiście taki układ nie pozwala na ciągłą zmianę czasu, dlatego silnik pracuje skromnie poniżej 4500 obr. / min, ale poza tym nagle przekształci się w dzikie zwierzę.

ten system poprawia moc szczytową – może podnieść czerwoną linię do prawie 8000 obr / min(nawet 9000 obr / min w S2000), podobnie jak silnik z wyścigowymi wałkami rozrządu, i zwiększyć moc szczytową nawet o 30 km dla silnika 1,6-litrowego !! Aby jednak wykorzystać taki przyrost mocy, musisz utrzymywać silnik w wrzeniu powyżej prędkości obrotowej, dlatego wymagana jest częsta zmiana biegów. Ponieważ prędkość obrotowa przy niskiej prędkości obrotowej jest zbyt mała (pamiętaj, krzywki normalnego silnika zwykle służą across0-6,000 rpm, podczas gdy „powolne krzywki” silnika VTEC nadal muszą obsługiwać 0-4,500 rpm), Jazda nie będzie zbyt imponująca. Krótko mówiąc, system wymiany krzywek najlepiej nadaje się do samochodów sportowych.

Hondahas już ulepszył swój 2-stopniowy VTEC do 3 stopni dla niektórych modeli. Oczywiście, im bardziej jest to etapowe, tym bardziej wyrafinowane. Nadal oferuje mniejszy zakres momentu obrotowego niż inne systemy bezstopniowe. 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.

Najnowszy 3-stopniowy VTEC Hondy został zastosowany w Civic sohcengine w Japonii.Mechanizm posiada 3 krzywki o różnym profilu rozrządu i podnoszenia. Zauważ, żeich wymiary są również różne-Środkowa krzywka (szybki czas, wysoki podnośnik), jak pokazano na powyższym schemacie, jest największa; prawa krzywka (slowtiming, średni podnośnik) jest średniej wielkości ; lewa strona krzywki (wolny czas, lowlift) jest najmniejsza.

ten mechanizm działa w następujący sposób:

Etap 1 ( Niska Prędkość ) :3 elementy wahaczy poruszają się niezależnie. Dlatego lewe ramię wahacza, które uruchamia zawór lewostronny, jest napędzane przez lewą krzywkę niskiego podnoszenia. Prawe ramię wahacza, które napędza prawy zawór wlotowy, jest napędzane przez prawą krzywkę średniego podnoszenia. Czas Bothcams jest stosunkowo powolny w porównaniu z środkową krzywką, która uruchamia teraz novalve.

Etap 2 ( średnia prędkość ): ciśnienie hydrauliczne (pomalowane na pomarańczowo na zdjęciu) łączy lewe i prawe ramię wahacza, pozostawiając środkowe ramię wahacza i krzywkę do samodzielnego działania. Ponieważ kamera jest większa niż lewa, te połączone ramiona wahacza są faktycznie napędzane przez prawą krzywkę. W rezultacie oba zawory wlotowe uzyskują powolny czas butmedium lift.

Stage 3 ( high speed ) :hydrauliczne połączenie ciśnieniawszystkie 3 wahacze razem. Ponieważ środkowa krzywka jest największa, obie wartości wlotowe są faktycznie napędzane przez tę szybką krzywkę. W związku z tym w obu zaworach uzyskuje się szybki rozrząd i highlift.

kolejny przykład – Nissan Neo VVL

bardzo podobny do układu Hondy, ale prawe i lewe krzywki mają ten sam profil. Przy niskiej prędkości oba ramiona wahacza są sterowane niezależnie przez te wolne terminy, niskie podnoszenie prawej i lewej krzywki. Przy dużej prędkości 3 wahacze są połączone ze sobą w taki sposób, że są napędzane przez szybką, podnoszoną środkową krzywkę.

Nie, Nie jest. Ponieważ Nissan Neo Vvlduplikuje ten sam mechanizm w wałku rozrządu wydechowego, 3 etapy mogą być obsługiwane w następujący sposób:

Etap 1(Niska prędkość) : zarówno zawory dolotowe, jak i wydechowe są w powolnej konfiguracji.
Etap 2 (średnia prędkość) : konfiguracja fastintake + powolna konfiguracja wydechu.
Stage 3 (high speed) : zarówno zawory zwrotne, jak i wylotowe są w Szybkiej Konfiguracji.

2) cam-Phasing VVT

cam-phasing VVT jest w tej chwili najprostszym, najtańszym i najczęściej stosowanym mechanizmem. Jednak jego zysk wydajności jest również najmniejszy, bardzowartość powietrza.

zasadniczo zmienia rozrząd zaworu poprzez przesunięcie kąta fazowego wałków rozrządu. Na przykład przy dużej prędkości wałek rozrządu wlotowy zostanie obrócony z wyprzedzeniem o 30° Soto, umożliwiając wcześniejsze pobranie. Ruch ten jest kontrolowany przez system zarządzania silnikiem w zależności od potrzeb i uruchamiany przez hydrauliczne koła zębate zaworów.

należy pamiętać, że VVT z fazą krzywkową nie może zmieniać czasu otwarcia zaworu. Pozwala to na wcześniejsze lub późniejsze otwarcie zaworu. Wcześniejsze wyniki openresults w wcześniejszym zamknięciu, oczywiście. Nie może również zmieniać podnoszenia zaworu, w przeciwieństwie do VVT. Jednak VVT jest najprostszą i najtańszą formą VVT, ponieważ każdy wałek rozrządu potrzebuje tylko jednego hydraulicznego siłownika fazowego, w przeciwieństwie do innych systemów, które wykorzystują indywidualny mechanizm dla każdego cylindra.

ciągła lub Dyskretna

Simplercam-phasing VVT ma do wyboru tylko 2 lub 3 stałe ustawienia kąta przesunięcia, takie jak 0° lub 30°. Lepszy system ma ciągłą zmienną zmianę przełożeń, np. dowolna wartość od 0° do 30°, zależy od obrotów.Oczywiście zapewnia to najbardziej odpowiedni rozrząd zaworów przy dowolnej prędkości, co znacznie zwiększa elastyczność silnika. Co więcej, przejście jest tak gładkie, że trudno zauważalne.

Intakeand wydechowy

Somedesign, taki jak podwójny system Vanos BMW, fazowany VVT zarówno na wałach rozrządu wlotowego, jak i wylotowego, umożliwia to lepsze odprowadzanie, a tym samym wyższą wydajność. To wyjaśnia, dlaczego 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 – wlot, 2-stopniowy dyskretny · BMW Double Vanos – wlot i wydech, ciągły · Ferrari 360 Modena – wydech, 2-stopniowy dyskretny · Fiat (Alfa) SUPER FIRE – wlot, 2-stopniowy dyskretny · Ford Puma 1.7 Zetec SE – wlot, 2-stopniowy dyskretny · Jaguar AJ-V6 i zaktualizowany AJ-V8 – wlot, ciągły · Lamborghini Diablo SV silnik – wlot, 2-stopniowy dyskretny · Porsche variocam – wlot, 3-stopniowy dyskretny · Renault 2.0-litrowy-wlotowy, 2-stopniowy dyskretny * Toyota VVT-i-wlotowy, ciągły · * Volvo 4 / 5 / 6-cylindryczne silniki modułowe-wlotowe, ciągłe

przykład : Vanos BMW

Na zdjęciu łatwo zrozumieć jego działanie. Koniec wałka zawiera gwint przekładni. Gwint jest sprzężony z nasadką, która możeprzebiegać w kierunku iz dala od wałka rozrządu. Ponieważ gwint koła zębatego nie jest równy osi wałka rozrządu, kąt fazy przesunie się do przodu, jeśli nasadka zostanie przesunięta w kierunku wałka rozrządu. Podobnie odciągnięcie nasadki od wałka rozrządu powoduje przesunięcie kąta fazy do tyłu.

Obok nasadki znajdują się 2 komory i są one wypełnione cieczą (te komory są odpowiednio kolorowe na zielono i żółto Na zdjęciu) cienki tłok oddziela te 2 komory, pierwsza mocuje się sztywno do nasadki. Ciecz wchodzi do komory za pomocą zaworów elektromagnetycznych, które sterują ciśnieniem hydraulicznym, na których komorach. Na przykład, jeśli system zarządzania silnikiem sygnalizuje zawór przy otwartej zielonej komorze, ciśnienie hydrauliczne działa na thinpiston i popycha ten ostatni, towarzyszy z nasadką, w kierunku wałka rozrządu, tym samym przesuwa kąt fazy do przodu.

ciągła zmiana czasu jest łatwo realizowana poprzez ustawienie nasadki w zależności od prędkości obrotowej silnika.

kolejny przykład : 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. Jego mechanizm jest mniej więcej taki sam jak Vanos BMW, jest to również konstrukcja bezstopniowa.

jednak słowo „Integillent” podkreśla program clevercontrol. Nie tylko zmienia czas w zależności od prędkości obrotowej silnika, ale także uwzględnia inne warunki, takie jak przyspieszenie, wchodzenie pod górę lub w dół wzgórza.

3) Cam-Changing +Cam-Phasing VVT

połączenie cam-changing VVT i cam-phasing VVT może zaspokoić wymagania zarówno najwyższej mocy, jak i elastyczności w całym zakresie obrotów, ale jest to nieuchronnie bardziej złożone. W momencie pisania tylko Toyota i Porsche mają takie projekty. Wierzę jednak, że w przyszłości będzie coraz więcej samochodów sportowychopt tego typu VVT.

Example: Toyota VTL-i

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

• ciągły zmienny rozrząd zaworu fazowego
• 2-stopniowy zmienny podnośnik zaworu plus czas otwarcia zaworu
• stosowany zarówno do zaworów dolotowych, jak i wylotowych

system może być połączeniem istniejącego VVT-I i VTEC firmy Honda, chociaż mechanizm zmiennego podnoszenia różni się od systemu Honda.

podobnie jak WVT-i, zmienny rozrząd jest realizowany poprzez przesunięcie kąta fazowego całego wałka rozrządu do przodu lub do tyłu za pomocą siłownika hydraulicznego przymocowanego do końca wałka rozrządu. Rozrząd jest obliczany przez system zarządzania silnikiem z prędkością silnika, przyspieszeniem, podjazdem pod górę lub w dół wzgórza itp. biorąc pod uwagę. Co więcej, wahania są ciągłe w szerokim zakresie do 60°, dlatego sam zmienny czas jest prawdopodobnie najdoskonalszym projektem do tej pory.

to, co sprawia, że VVTL-i jest lepsze od zwykłego VVT-i, to „L”, co oznacza Lift (podnośnik zaworowy), jak wszyscy wiedzą. Zobaczmy następującą ilustrację:

podobnie jak VTEC, System Toyoty wykorzystuje pojedynczy wahacz ramienia do uruchamiania obu zaworów dolotowych (lub zaworów wydechowych). Posiada również 2 camlobes działające na tym wsporniku wahacza, płaty mają inny profil-jeden z dłuższym profilem otwarcia zaworu (dla dużej prędkości), drugi z krótszym profilem otwarcia zaworu (dla niskiej prędkości). Przy niskiej prędkości slowcam uruchamia ramię wahacza za pomocą łożyska wałeczkowego (w celu zmniejszenia tarcia).High speed cam nie ma żadnego wpływu na popychacz wahacza, ponieważ pod popychaczem hydraulicznym znajduje się wystarczający odstęp.
< płaski torqueoutput (niebieska krzywa)

gdy prędkość wzrosła do punktu progowego, kołek przesuwny jest popychany przez hydrauliczne ciśnienie, aby wypełnić odstępy. Szybka kamera staje się skuteczna.Należy pamiętać, że szybka krzywka zapewnia dłuższy czas otwierania zaworu, podczas gdy kołek przesuwny dodaje podnoszenie zaworu. (w przypadku Hondy VTEC zarówno czas trwania, jak i podnoszenie są realizowane przez krzywki krzywkowe)

oczywiście zmienny czas otwarcia zaworu jest konstrukcją dwustopniową,w przeciwieństwie do ciągłej konstrukcji Rover VVC. Jednak VVTL-ioferuje zmienny podnośnik, który znacznie podnosi moc wyjściową z dużą prędkością. W porównaniu z Hondą VTEC i podobnymi konstrukcjami Mitsubishi i Nissana, System Toyoty ma ciągły zmienny rozrząd, który pomaga osiągnąć znacznie lepszą elastyczność przy niskich i średnich prędkościach. Dlatego jest to bez wątpienia najlepszy VVT dzisiaj. 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.

Variocam Plus został opracowany z Variocam, który obsługuje Carrera i Boxster. Okazało się jednak, że ich mechanizmy nie mają ze sobą nic wspólnego. Variocam został po raz pierwszy wprowadzony do 968 w 1991 roku. Wykorzystano łańcuch rozrządu do zmiany kąta fazowego wału, zapewniając w ten sposób 3-stopniowy zmienny rozrząd zaworu. 996 Carrera i Boxster również używają tego samego systemu. Ta konstrukcja jest unikalna i opatentowana, ale w rzeczywistości jest gorsza od siłownika hydraulicznego preferowanego przez innych producentów samochodów, zwłaszcza nie pozwala na dużą zmianę kąta fazowego.

w związku z tym Variocam Plus zastosowany w nowym 911 Turbo finallfollow wykorzystuje popularny siłownik hydrauliczny zamiast łańcucha. Jeden z dobrze znanych ekspertów Porsche opisał zmienny rozrząd zaworów jako ciągły, ale wydaje się to sprzeczne z oficjalnym oświadczeniem wydanym wcześniej, które ujawniło, że system ma dwustopniowy rozrząd zaworów.

jednak najbardziej wpływową zmianą „Plusa” jest dodanie zmiennego podnoszenia zaworu. Jest on realizowany za pomocą zmiennych popychaczy hydraulicznych. Jak pokazano na zdjęciu, każdy zawór jest obsługiwany przez 3 krzywki krzywkowe – środkowy ma znacznie mniejszy udźwig (tylko 3 mm) i krótszy czas otwarcia zaworu. Innymi słowy, jest to” wolna ” kamera. Zewnętrzne dwa płaty krzywkowe są dokładnie takie same, z szybkim czasem i wysokim uniesieniem (10 mm). Wybór krzywek jest dokonywany przez zmienny popychacz, który w rzeczywistości składa się z popychacza wewnętrznego i popychacza zewnętrznego (w kształcie pierścienia). Mogły one być połączone przez przechodzący przez nie kołek obsługiwany przez ahydraulic. W ten sposób „szybkie”krzywki uruchamiają zawór, zapewniając wysoki poziom podnoszenia i długi czas otwarcia. Jeśli popychacze nie są zablokowane razem, zawór zostanie uruchomiony przez „powolny” krzywkowy płat za pośrednictwem wewnętrznego popychacza. Zewnętrzny popychacz będzie się poruszałzależnie od podnośnika zaworu.

Mechanizm zmiennego podnoszenia jest niezwykle prosty i zajmuje mało miejsca. Zmienne popychacze są tylko nieznacznie cięższe od zwykłych popychaczy i nie zajmują więcej miejsca.

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. Wielu ekspertów uważa go za najlepszy VVT, biorąc pod uwagę jego wszechstronność-w przeciwieństwie do VVT zmieniającego krzywkę,zapewnia on bezstopniową regulację czasu, poprawiając w ten sposób moment obrotowy od niskiego do średniego; i w przeciwieństwie do VVT z fazą krzywkową, może wydłużyć czas otwarcia zaworów (i w sposób ciągły), a tym samym siłę boostpower.

zasadniczo VVC wykorzystuje mimośrodową tarczę obrotową do napędzania zaworów wlotowych każdego dwucylindra. Ponieważ kształt mimośrodowy tworzy nieliniowy obrót, Zawory otwierające mogą być zmieniane. Nadal nie rozumiesz ? każdy sprytny mechanizm musi być trudny do zrozumienia. W przeciwnym razie Rover nie będzie jedynym producentem samochodów używającym go.

VVC wycofało się: ponieważ każdy pojedynczy mechanizm obsługuje 2 sąsiednie cylindry, silnik aV6 potrzebuje 4 takich mechanizmów, a to nie jest tanie. V8 potrzebuje również 4 takich mechanizmówmechanizm. V12 jest niemożliwy do zamontowania, ponieważ nie ma wystarczającej ilości miejsca na zamontowanie mimośrodowej tarczy i przekładni napędowych między cylindrami.

Advantage:	Continuously variable timing and duration of opening achieve both drivability and high speed power.
Disadvantage:	nie jest ostatecznie tak potężny jak VVT zmieniający krzywkę, ze względu na brak zmiennego podnoszenia; drogi dla V6 i V8; niemożliwy dla V12.
kto go używa ?	Silnik Rover 1.8 VVC obsługujący MGF, Caterham i Lotus Elise 111S.

korzyści VVT dla zużycia paliwa i emisji

EGR (recyrkulacja gazów wydechowych) jest powszechnymzakończona technika redukcji emisji i poprawy efektywności paliwowej. Jednak jest to VVT, które naprawdę wykorzystują pełny potencjał EGR.

w przeszłości konieczne jest maksymalne nakładanie się zaworów dolotowych i zaworów wydechowych, gdy silnik pracuje z dużą prędkością. Jednakże, gdy samochód jeździ ze średnią prędkością na autostradzie, innymi słowy, silnik pracuje na dużym obciążeniu, maksymalne nakładanie się może być przydatne jako środek do zmniejszenia zużycia paliwa i emisji. Ponieważ zawory wydechowe nie zamykają się, dopóki Zawory odbiorcze nie zostaną otwarte przez jakiś czas, niektóre gazy spalinowe są recyrkulowane z powrotem do cylindra w tym samym czasie, gdy wtryskiwana jest nowa mieszanka paliwowo-powietrzna. Jako część mieszanki paliwowo-powietrznej jest zastępowana gazami wydechowymi, potrzeba mniej paliwa. Ponieważ spaliny składają się w większości z gazów palnych, takich jak CO2, silnik pracuje prawidłowo na szczuplejszej mieszance paliwowo-powietrznej, nie spalając się.