Teknik genom tiden: Hur variabel ventilstyrning fungerar
Förbränningsmotorn, som är hjärtat i de flesta fordon idag, har utvecklats avsevärt under sin hundraåriga historia.
Denna serie beskriver några av de viktigaste innovationerna inom motorteknik innan vi tar en titt på alternativ till förbränningsmotorn. Den här veckan handlar det om hur variabel ventilstyrning fungerar.
Kolla in de andra delarna i den här serien:
Teknik genom tiderna: Teknik genom tiden: Bränsleinsprutning
Teknik genom tiden: Teknik genom tiden: Insprutning av bränsle
Teknik genom tiden: Insprutning av bränsle: Teknik genom tid: Överladdning: Turboladdning
Teknik genom tid: Överladdning: Överladdning: Överladdning: Överladdning För att en förbränningsmotor ska kunna generera kraft måste luft komma in i och avgaser ut ur cylinderrummet. Öppning och stängning av dessa insugnings- och avgaspassager styrs av ventiler, så kallade insugnings- respektive avgasventiler.
Och utan variabel ventilstyrning skulle dessa insugnings- och avgasventiler fungera på samma sätt oavsett motorns RPM-hastighet (varv per minut) eller körmiljön. Detta är inte idealiskt, eftersom föraren kanske vill ha ett annat beteende från motorn genom hela varvtalsintervallet. Vid höga varvtal kan föraren till exempel vilja ha mer kraft, medan bränsleekonomi kan prioriteras vid låga varvtal med lägre motorbelastning.
En enkel ventil- och motortvärsnitt.
Variabel ventilstyrning möjliggör dessa olika beteenden genom att ändra hur insugnings- och avgasventilerna fungerar vid olika motorvarvtal. På så sätt bidrar den till att optimera motorns prestanda, samtidigt som den förbättrar bränsleekonomin och utsläppen.
Historia
Alfa Romeo Spider 2000 var det första produktionsfordonet med variabel ventilstyrning.
Behovet av variabel ventilstyrning uppmärksammades redan 1924, då amerikaner patenterade en ventil med variabel öppningstid för en förbränningsmotor. Alfa Romeos Spider 2000 var världens första produktionsbil som utrustades med ett system för variabel ventilstyrning 1980.
Hur fungerar det?
Abiltillverkare brukar ha sina egna namn för tekniken för variabel ventilstyrning. Toyota använder till exempel ett ”VVT-I”-system (Variable Valve Timing with Intelligence) medan Honda, något berömt, kallar sitt system ”VTEC” (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control).
Toyotas Chaser var en av de första bilarna som fick sin VVT-i version av tekniken.
Men även om dessa system kan ha vissa skillnader i genomförandet har de alla samma underliggande teknik och tekniska principer.
För att insugnings- och avgasventilerna ska kunna öppnas och stängas är de kopplade till en roterande kamaxel som sitter ovanför ventilerna.
Hondas berömda VTEC-teknik finns i hela sortimentet.
Tekniken för variabel ventilstyrning kontrollerar tre nyckelegenskaper hos insugnings- och avgasventilerna:
- Ventilstyrning – de punkter i kolvens rörelse vid vilka ventilerna öppnas och stängs.
- Ventilens varaktighet- hur länge ventilerna förblir öppna.
- Ventillyft- hur mycket ventilerna fysiskt öppnas (deras öppningsöppning).
För att göra detta matar olika sensorer, till exempel luftflödes- och kamaxelpositionssensorer, information till bilens ECU (motorstyrenhet), som sedan använder sig av olika mekanismer för att styra de ovan nämnda ventilegenskaperna. Hondas VTEC-system, till exempel, flyttar fysiskt på kamaxeln för att ge ventilen mer lyft.
En mycket grundläggande översikt över hur VTEC fungerar.
Framtiden
För närvarande förlitar sig systemen för variabel ventilstyrning på att manövrera kamaxeln för att indirekt förändra de tre nyckelventilegenskaper som beskrivs ovan. Detta begränsar i sin tur ventilens variabilitet. I stället kan framtida system för variabel ventilstyrning möjliggöra direkt styrning av varje ventil (ibland kallad ”kamlös” eller ”friventilsmotor”), vilket möjliggör oändlig variabilitet och därmed bättre motorprestanda.