Tech Through Time: How Variable Valve Timing Works

Serce większości współczesnych pojazdów, silnik spalinowy znacznie się rozwinął w ciągu swojej stuletniej historii.

Ta seria przedstawia niektóre z kluczowych innowacji w technologii silnika, zanim przyjrzymy się alternatywom dla silnika spalinowego. W tym tygodniu dowiesz się, jak działa zmienny rozrząd.

Sprawdź inne części tej serii:

Tech przez czas: Wtrysk paliwa
Tech na przestrzeni dziejów: Doładowanie
Tech na przestrzeni dziejów: Turbodoładowanie
Technologia w czasie: Wodorowe ogniwa paliwowe

Cel

Aby silnik spalinowy generował moc, powietrze musi wpływać do komory cylindra, a spaliny z niej wypływać. Otwieranie i zamykanie tych dróg wlotowych i wylotowych jest kontrolowane przez zawory, zwane odpowiednio zaworami wlotowymi i wylotowymi.

Bez zmiennych faz rozrządu zaworów, te zawory wlotowe i wylotowe działałyby w ten sam sposób niezależnie od prędkości obrotowej silnika (obrotów na minutę) lub środowiska jazdy. Nie jest to idealne rozwiązanie, ponieważ kierowca może chcieć, aby silnik zachowywał się w różny sposób w zależności od zakresu obrotów. Na przykład, przy wysokich obrotach kierowca może chcieć więcej mocy, podczas gdy oszczędność paliwa może być priorytetem przy niskich obrotach i mniejszym obciążeniu silnika.

Proste przekroje zaworów i silnika.

Zmienne rozrządy zaworów umożliwiają te różne zachowania poprzez zmianę sposobu działania zaworów ssących i wydechowych przy różnych prędkościach obrotowych silnika. Pozwala to zoptymalizować osiągi silnika, przy jednoczesnej poprawie oszczędności paliwa i emisji spalin.

Historia

Samochód Alfa Romeo Spider 2000 był pierwszym pojazdem produkcyjnym, w którym zastosowano zmienne fazy rozrządu.

Potrzeba zastosowania zmiennych faz rozrządu została zauważona już w 1924 roku, kiedy to Amerykanie opatentowali zawór o zmiennym czasie otwarcia dla silnika spalinowego. Spider 2000 Alfy Romeo był pierwszym na świecie pojazdem produkcyjnym wyposażonym w system zmiennych faz rozrządu w 1980 roku.

Jak to działa?

Producenci samochodów mają swoje własne nazwy dla technologii zmiennych faz rozrządu. Na przykład Toyota używa systemu „VVT-I” (Variable Valve Timing with Intelligence), podczas gdy Honda, nieco sławnie, nazywa swój system „VTEC” (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control).

Chaser Toyoty był jednym z pierwszych samochodów, które otrzymały jego VVT-i wersja technologii.

Podczas gdy systemy te mogą mieć pewne różnice w ich realizacji, wszystkie one dzielą się tą samą podstawową technologią i zasadami inżynierii.

Aby zawory wlotowe i wylotowe otwierały się i zamykały, są one połączone z obracającym się wałkiem rozrządu, który siedzi nad zaworami.

Słynna technologia VTEC Hondy jest obecna w całej jej gamie.

Technologia zmiennych faz rozrządu kontroluje trzy kluczowe cechy zaworów dolotowych i wydechowych:

• Rozrząd zaworów – punkty w ruchu tłoka, w których zawory otwierają się i zamykają.
• Czas trwania zaworów – jak długo zawory pozostają otwarte.
• Skok zaworów – jak bardzo zawory fizycznie się otwierają (ich otwór otwarcia).

Aby to zrobić, różne czujniki, takie jak czujniki przepływu powietrza i położenia wałka rozrządu, przekazują informacje do ECU (jednostki sterującej silnika) samochodu, który następnie wykorzystuje różne mechanizmy do kontroli wyżej wymienionych cech zaworów. System VTEC Hondy, na przykład, fizycznie porusza wałkiem rozrządu w celu zwiększenia skoku zaworu.

Bardzo podstawowy przegląd działania systemu VTEC.

Przyszłość

Obecnie, systemy zmiennych faz rozrządu polegają na manipulowaniu wałkiem rozrządu w celu pośredniej zmiany trzech kluczowych charakterystyk zaworów opisanych powyżej. To z kolei ogranicza zmienność zaworu. Zamiast tego, przyszłe systemy zmiennych faz rozrządu mogą umożliwić bezpośrednie sterowanie każdym zaworem (czasami nazywane silnikiem „bezkrzywkowym” lub „wolnozaworowym”), umożliwiając w ten sposób nieskończoną zmienność, a w konsekwencji lepsze osiągi silnika.

.