Variable ValveTiming (VVT)

BasicTheory

Aftermulti-valve teknik blev standard i motordesign, variabel ventil Timingblir nästa steg för att förbättra motorutgången, oavsett kraft eller vridmoment.

när du vet aktiverar ventilerna motorns andning. Tidpunkten för andning, detär tidpunkten för luftintag och avgaser, styrs av kammarnas form och fasvinkel. För att optimera andningen krävs olika ventiltider vid olika hastigheter. När varvtalet ökar minskar intagets och avgasens varaktighet så att frisk luft inte blir tillräckligt snabb för att komma in i förbränningskammaren, medan avgasen inte blir fasttillräckligt för att lämna förbränningskammaren. Därför är den bästa lösningen att öppnainloppsventilerna tidigare och stäng avgasventilerna senare. Med andra ord bör överlappningen mellan insugningsperioden och avgasperioden öka när varvtalet ökar.

utan variablevalve timing teknik, ingenjörer används för att välja den bästa kompromissen timing.Till exempel kan en skåpbil anta mindre överlappning för fördelarna med låg hastighet. En tävlingsmotor kan anta betydande överlappning för hög hastighetkraft. En vanlig sedan kan anta valve timing optimisefor mid-rev så att både låg hastighet körbarhet och hög hastighet utgång kommer inte att offras för mycket. Oavsett vilken är resultatet bara optimerat för en viss hastighet.

Medvariabel ventiltid, kraft och vridmoment kan optimerasöver ett brett varvtalsband. De mest märkbara resultaten är:

• motorn kan varv högre, vilket ökar toppeffekten. Till exempel gav Nissans 2-liters Neo VVL-motor 25% mer toppeffekt än sin icke-VVT-version.
• vridmoment med låg hastighet ökar, vilket förbättrar körbarheten. Till exempel Fiat Barchettas 1.8 VVT-motor ger 90% toppmoment mellan 2000 och 6000 rpm.

Dessutom kommer alla dessafördelar utan någon nackdel.

VariableLift

I somedesigns kan ventillyft också varieras beroende på motorvarvtal. Vid hög hastighet påskyndar högre lyft luftintag och avgaser, vilket ytterligare optimerar andningen. Naturligtvis, vid lägre hastighet sådan lyftkommer att generera motverkningar som försämrade blandningsprocessen av bränsle ochluft, vilket minskar produktionen eller till och med leder till missbrand. Därför bör hissen vara variabel enligt motorvarvtalet.

1) Cam-ändra VVT

Honda pionjärer väg bil-används VVT i slutet av 80sgenom att lansera sin berömda VTEC system (ventil Timing elektronisk styrning). Förstdök upp i Civic, CRX och NS-X, blev sedan standard i de flesta modeller.

du kanse det som 2 uppsättningar kammar med olika former för att möjliggöra olika timing ochlift. En uppsättning fungerar under normal hastighet, säg, under 4500 rpm. En annansubstituerar med högre hastighet. Självklart tillåter en sådan layout inte fortsätterbyte av timing, därför utför motorn blygsamt under 4500 rpm menovanför att det plötsligt kommer att förvandlas till ett vilddjur.

detta system förbättrar toppeffekten – det kan höja den röda linjen till nästan 8 000 rpm (till och med 9 000 rpm i S2000), precis som en motor med racingkamaxlar och öka toppeffekten med så mycket som 30 hk för en 1,6-liters motor !! Men för att utnyttja sådan effektförstärkning måste du hålla motorn kokande vid övertröskelvarvtal, därför krävs ofta växling. Eftersom låghastighetstorkenfinns för lite (kom ihåg att kammarna på en vanlig motor vanligtvis tjänar över0-6000 rpm, medan de ”långsamma kammarna” på VTEC-motorn fortfarande behöver tjänakross 0-4 500 rpm), kommer körbarheten inte att vara för imponerande. Kort sagt, cam-växlingssystem passar bäst för sportbilar.

Hondahar redan förbättrat sin 2-stegs VTEC i 3 steg för vissa modeller. Naturligtvis, ju mer scen det har desto mer raffinerat blir det. Det erbjuder fortfarande mindre bredspridning av vridmoment som andra kontinuerligt variabla system. 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 ’ ssenaste 3-stegs VTEC har tillämpats i Civic sohcengine i Japan.Mekanismen har 3 kammar med olika timing och lyft profil. Observera attderas dimensioner är också olika-mittkammen(snabb timing, hög hiss), som visas i ovanstående diagram, är den största; höger sida kam (slowtiming, medium lift) är medelstor ; den vänstra sidan cam (långsam timing, lowlift) är den minsta.

denna mekanism fungerar så här :

Steg 1 ( låg hastighet ) :3 stycken vipparmarrör sig självständigt. Därför drivs den vänstra vipparmen, som aktiverar vänsterinletventilen, av låglyft vänster kam. Den högra vipparmen, vilkenaktiverar den högra inloppsventilen, drivs av den mediumlyftande högra kammen. Bothcams timing är relativt långsam jämfört med mittkameran, som aktiverar novalve nu.

steg 2 (medelhastighet ): hydrauliskt tryck (målade orange på bilden) förbinder vänster och höger vipparmtillsammans, lämnar mittvipparmen och kammen för att springa på egen hand. Eftersom theright cam är större än vänster kam, drivs de anslutna vipparmarna faktiskt av höger kam. Som ett resultat får båda inloppsventilerna långsam timing menmediumlyft.

steg 3 (hög hastighet): hydrauliskt tryck ansluteralla 3 vipparmar tillsammans. Eftersom mittkammen är den största drivs båda inloppsventilerna faktiskt av den snabba kammen. Därför erhålls snabb timing och highlift i båda ventilerna.

ett annat exempel – Nissan Neo VVL

mycket lik Hondas system, men rätt ochvänster kammar är med samma profil. Vid låg hastighet drivs båda vipparmarnaoberoende av de långsamma, låglyftande höger och vänster kammarna. Vid highspeed är 3 vipparmar anslutna så att de drivs avsnabbtid, höglyft mittkamera.

Youmight tror att det måste vara ett 2-stegs system. Nej, det är det inte. Eftersom Nissan Neo Vvlduplicerar samma mekanism i avgasaxeln, kan 3 steg erhållas på följande sätt:

Steg 1(låg hastighet) : både inlopps-och avgasventiler är i långsam konfiguration.
steg 2 (medelhastighet): snabbintagskonfiguration + långsam avgaskonfiguration.
steg 3 (hög hastighet): bothintake och avgasventiler är i snabb konfiguration.

2) Cam-Phasing VVT

Cam-phasing VVT är den enklaste, billigaste och mest användamekanism just nu. Men dess prestationsförstärkning är också den minst, mycketrättvis faktiskt.

I grund och botten varierar ventiltiden genom att flytta fasvinkeln på kamaxlarna. Förexempel, vid hög hastighet, kommer inloppskamaxeln att roteras i förväg med 30 KB såFör att möjliggöra tidigare intag. Denna rörelse styrs av motorstyrningensystem efter behov och manövreras av hydrauliska ventilväxlar.

Observera att kamfasning av VVT inte kan variera varaktigheten av ventilöppningen. Det tillåter bara tidigare eller senare ventilöppning. Tidigare openresultat i tidigare nära, förstås. Det kan inte heller variera ventillyften, till skillnad fråncam-växlande VVT. Kamfas VVT är dock den enklaste och billigaste formen av VVT eftersom varje kamaxel bara behöver ett hydrauliskt fasställdon, till skillnad från andra system som använder individuell mekanism för varje cylinder.

Continuousor Discrete

Simplercam-fasning VVT har bara 2 eller 3 fasta växlingsvinkelinställningar att välja mellan, t.ex. antingen 0 eller 30. Bättre system har kontinuerlig variabel växling, säg, något arbitärt värde mellan 0 kg och 30 kg, beror på rpm.Uppenbarligen ger detta den mest lämpliga ventiltiden vid vilken hastighet som helst, vilket förbättrar motorns flexibilitet kraftigt. Dessutom övergångenär så smidig som knappast märkbar.

intag och avgaser

Somedesign, såsom BMW: s dubbla Vanos-system, harcam-fasning VVT vid både insugnings-och avgasaxlar, detta möjliggör mer överlappning, därmed högre effektivitet. Detta förklarar varför 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 – inlopp, 2-stegs diskret · BMW Dubbel Vanos – inlopp och avgaser, kontinuerlig · Ferrari 360 Modena – avgas, 2-stegs diskret · Fiat (Alfa) SUPERBRANDINLOPP, 2 – stegs diskret · Ford Puma 1.7 Zetec SE-inlopp, 2 – stegs diskret · Jaguar aj-V6 och uppdaterad aj-V8-inlopp, kontinuerlig · Lamborghini Diablo sv motor – inlopp, 2 – stegs diskret · Porsche variocam-inlopp, 3 – stegs diskret · Renault 2.0 – liters inlopp, 2-stegs diskret · Toyota VVT-i-inlopp, kontinuerlig · Volvo 4 / 5 / 6-cylindermodulära motorer-inlopp, kontinuerlig

exempel : BMW: s Vanos

från bilden är det lätt att förstå dess funktion. Änden påkamaxeln innehåller en växelgänga. Gängan är kopplad av ett lock som kanflytta mot och bort från kamaxeln. Eftersom växelgängan inte är iparallell med kamaxelns axel kommer fasvinkeln att skiftas framåt om locket skjuts mot kamaxeln. På samma sätt drar locket bort från kamaxelnresultatet är att flytta fasvinkeln bakåt.

omtryck eller drag bestäms av det hydrauliska trycket. Det finns 2 kamrar precis bredvid locket och de är fyllda med vätska (dessa kamrar ärfärgade gröna respektive gula på bilden) en tunn kolv separerardessa 2 kamrar, den förra fäster stelt på locket. Vätska kommer in i kamrarna via elektromagnetiska ventiler som styr det hydrauliska trycket som verkar på vilka kamrar. Till exempel, om motorstyrningssystemet signalerarventilen vid den gröna kammaren öppen, då verkar hydrauliskt tryck på tunnkolven och tryck den senare, åtfölja med locket, mot kamaxeln, såförskjut fasvinkeln framåt.

kontinuerlig Tidsvariation kan enkelt implementeras genom att placera locket på ett lämpligtavstånd enligt motorvarvtalet.

ett annat exempel : 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. Dess mekanism är mer eller mindre densamma som BMW: s Vanos, det är också en kontinuerligt variabel design.

ordet” Integillent ” betonar dock clevercontrol-programmet. Inte bara varierar timing beroende på motorvarvtal, det ocksåöverväga andra förhållanden som acceleration, gå uppför backen eller nedför backen.

3) Cam-Changing +Cam-Phasing VVT

att kombinera cam-changing VVT och cam-phasing VVT kan uppfylla kravet på både toppkraft och flexibilitet genom hela revrange, men det är oundvikligen mer komplext. I skrivande stund har bara Toyota och Porschesådana mönster. Men jag tror på framtiden kommer fler och fler sportbilar attanpassa denna typ av VVT.

Example: Toyota VTL-i

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

• kontinuerlig kamfasningsvariabel ventiltid
• 2-stegs variabel ventillyft plus ventilöppningstid
• applicerad på både insugnings-och avgasventiler

systemet kan ses som en kombination av den befintliga VVT-i andhondas VTEC, även om mekanismen för den variabla hissen skiljer sig frånhonda.

LikeVVT-i implementeras den variabla ventiltiden genomskiftning av fasvinkeln på hela kamaxeln framåt eller bakåt med hjälp av ahydrauliskt manöverdon fäst vid kamaxelns ände. Tidpunkten ärberäknat av motorstyrningssystemet med motorvarvtal,acceleration, uppför backen eller nedför backen etc. med hänsyn till. Dessutom är variationen kontinuerlig över ett brett spektrum av upp till 60 csek, därför är varierbar timing ensam kanske den mest perfekta designen hittills.

Vad gör VVTL-i överlägsen den vanliga VVT-i är” L”, som står för Lift (ventillyft)som alla vet. Låt oss se följande illustration :

liksom VTEC använder Toyotas system en enda vipparmföljare för att aktivera båda inloppsventilerna (eller avgasventilerna). Den har också 2 camlobes som verkar på den vipparmens följare, loberna har olika profil-en med längre ventilöppningsvaraktighetsprofil (för hög hastighet), en annan med shorterventilöppningsvaraktighetsprofil (för låg hastighet). Vid låg hastighet aktiverar slowcam vipparmens följare via ett rullager (för att minska friktionen).Höghastighetskammen har ingen effekt på vippföljaren eftersomDet finns tillräckligt med avstånd under dess hydrauliska tapp.
< en platt torqueoutput (blå kurva)

närhastigheten har ökat till tröskelpunkten skjuts glidstiftet avhydrauliskt tryck för att fylla avståndet. Höghastighetskammen blir effektiv.Observera att den snabba kammen ger en längre ventilöppningstid medan glidstiftet lägger till ventillyft. (för Honda VTEC är både varaktighet och hissimplementeras av kamloberna)

självklart är den variabla ventilöppningstiden en 2-stegs design,till skillnad från Rover VVC: s kontinuerliga design. VVTL-ierbjuder dock variabel hiss, vilket lyfter sin höghastighetseffekt mycket. Jämfört med Honda VTEC och liknande design för Mitsubishi och Nissan har Toyotas system kontinuerligt variablevalve timing vilket hjälper det att uppnå mycket bättre låg till medelhastighetflexibilitet. Därför är det utan tvekan den bästa VVT idag. 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.

Porsches Variocam Plus sägs vara utvecklad från Variocam som tjänar Carreraand Boxster. Men jag hittade deras mekanismeranvändbart dela ingenting. Variocam var förstintroducerades till 968 1991. Den använde tidkedjan för att variera fasvinkeln för kamaxeln, vilket gav 3-stegs variabel ventiltid. 996 Carreraand Boxster använder också samma system. Denna design är unik och patenterad, men den är faktiskt sämre än det hydrauliska ställdonet som gynnas av andra biltillverkare, särskilt det tillåter inte så mycket variation i fasvinkeln.

därför använder Variocam Plus som används i den nya 911 Turbo finallyfollow det populära hydrauliska ställdonet istället för kedjan. En välkänd Porsche-expert beskrev den variabla ventiltiden som kontinuerlig,men det verkarkonflikt med det officiella uttalandet som gjordes tidigare, vilket avslöjade systemethar 2-stegs ventiltid.

de mest inflytelserika förändringarna av” Plus ” är dock tillägget avvariabel ventillyft. Den implementeras genom att använda variabla hydrauliska tappar. Asshown på bilden, varje ventil betjänas av 3 kamlober-den centrala harobviously mindre Hiss (endast 3 mm) och kortare varaktighet för ventilöppning. Med andra ord är det den” långsamma ” kameran. De yttre två kamloberna ärexakt samma, med snabb timing och hög hiss (10 mm). Val av camlobes görs av den variabla tappet, som faktiskt består av en innertappet och en yttre (ringform) tappet. De kunde genom att låsas ihop av ahydraulisk styrd stift som passerar genom dem. På detta sätt aktiverar de ”snabba”kamloberna ventilen, vilket ger hög hiss och långvarig öppning. Om tapparna inte är låsta ihop, kommer ventilen att aktiveras av den” långsamma ” kamloben via den inre tappen. Den yttre tappen kommer att flyttasoberoende av ventillyftaren.

Asseen, den variabla lyftmekanismen är ovanligt enkel och platsbesparande. De variabla tapparna är bara marginellt tyngre än vanliga tappetter och engagerar sig tidigt inte mer utrymme.

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. Många experter anser att det är den bästa VVT med tanke på dess allroundability-till skillnad från cam-changing VVT, ger det kontinuerligt variabel timing, vilket förbättrar låg till medelvarvmomentleverans; och till skillnad från cam-phasing VVT, kan det förlänga varaktigheten av ventilöppningen (och kontinuerligt), vilket ökar kraften.

I grund och botten använder VVC en excentrisk roterande skiva för att driva inloppsventilerna på varje tvåcylinder. Eftersom excentrisk form skapar icke-linjär rotation, ventiler öppningperioden kan varieras. Fortfarande inte förstår ? Tja, någon smart mekanism måstevara svår att förstå. Annars kommer Rover inte att vara den enda biltillverkaren som använderdet.

VVC hasone dra tillbaka: eftersom varje enskild mekanism tjänar 2 intilliggande cylindrar behöver AV6-motorn 4 sådana mekanismer, och det är inte billigt. V8 behöver också 4 sådanamekanism. V12 är omöjligt att monteras, eftersom det inte finns tillräckligt med utrymme för attpassa den excentriska skivan och drivväxlarna mellan cylindrarna.

Advantage:	Continuously variable timing and duration of opening achieve both drivability and high speed power.
Disadvantage:	inte i slutändan lika kraftfull som cam-changing VVT, på grund av bristen på variabel Hiss; dyrt för V6 och V8; omöjligt för V12.
vem använder den ?	Rover 1.8 VVC motor som betjänar MGF, Caterham och Lotus Elise 111S.

VVT: s fördel för bränsleförbrukning och utsläpp

EGR (avgasåtercirkulation) är en vanligtantagen teknik för att minska utsläppen och förbättra bränsleeffektiviteten. Men det är VVT som verkligen utnyttjar EGR: s fulla potential.

I teorin behövs maximal överlappning mellan inloppsventiler och avgasventiler när motorn körs med hög hastighet. Men när bilen körs med medelhastighet på motorvägen, med andra ord, motorn körs vidljusbelastning, maximal överlappning kan vara användbar som ett medel för att minska bränsleförbrukning och utsläpp. Eftersom avgasventilerna inte stängs förrän inloppsventilerna har varit öppna ett tag, återcirkuleras några av avgaserna tillbaka i cylindern samtidigt som ny bränsle / luftblandning injiceras. Som en del av bränsle / luftblandningen ersätts medavgaser, mindre bränsle behövs. Eftersom avgaserna består av mestadelsicke-brännbar gas, såsom CO2, körs motorn ordentligt vid den smalare bränsle /luftblandningen utan att förbränna.