Co je časování ventilů a jak fungují

Konstrukce čtyřtaktního motoru, která pracuje na principu uvolňování energie během spalování směsi paliva a paliva, obsahuje jeden důležitý mechanismus, bez kterého jednotka nemůže fungovat. Jedná se o mechanismus časování nebo distribuce plynu.

U většiny standardních motorů je namontován v hlavě válců. Více podrobností o struktuře mechanismu je popsáno v samostatný článek... Nyní se zaměřme na to, co je časování ventilů, a na to, jak jeho práce ovlivňuje výkonové ukazatele motoru a jeho účinnost.

Co je časování ventilů motoru

Stručně o samotném časovacím mechanismu. Klikový hřídel řemenovým pohonem (v mnoha moderních spalovacích motorech je místo pogumovaného řemenu instalován řetěz) je připojen k vačková hřídel. Když řidič nastartuje motor, startér roztočí setrvačník. Oba hřídele se začínají synchronně otáčet, ale při různých rychlostech (v zásadě při jedné otáčce vačkového hřídele klikový hřídel provede dvě otáčky).

Na vačkovém hřídeli jsou speciální vačky ve tvaru kapiček. Při otáčení konstrukce vačka tlačí na odpružený vřeteno ventilu. Ventil se otevře a umožní směsi paliva a vzduchu vstoupit do válce nebo výfuku do sběrného výfukového potrubí.

Fáze distribuce plynu je přesně okamžik, kdy ventil začne otevírat vstup / výstup před okamžikem, kdy se úplně uzavře. Každý technik pracující na vývoji pohonné jednotky vypočítá, jaká by měla být výška otevření ventilu a jak dlouho zůstane otevřená.

Vliv časování ventilů na provoz motoru

V závislosti na režimu, ve kterém motor pracuje, by měla distribuce plynu začít dříve nebo později. To ovlivňuje účinnost jednotky, její ekonomiku a maximální točivý moment. Je to proto, že včasné otevírání / zavírání sběrného sacího a výfukového potrubí je klíčem k maximálnímu využití energie uvolněné při spalování HVAC.

Pokud se sací ventil začne otevírat v jiném okamžiku, kdy píst provede sací zdvih, dojde k nerovnoměrnému naplnění dutiny válce čerstvou částí vzduchu a palivo se bude horší míchat, což povede k neúplnému spalování směsi.

Pokud jde o výfukový ventil, měl by se také otevřít ne dříve, než píst dosáhne spodní úvrati, ale ne později, než zahájí svůj zdvih směrem nahoru. V prvním případě poklesne komprese a tím motor ztratí výkon. Ve druhé fázi budou produkty spalování se zavřeným ventilem vytvářet odpor pístu, který začal stoupat. Jedná se o dodatečné zatížení klikového mechanismu, které může poškodit některé jeho části.

Pro adekvátní provoz pohonné jednotky je nutné jiné časování ventilů. U jednoho režimu je nutné, aby se ventily otevíraly dříve a později se zavíraly, u ostatních naopak. Velký význam má také parametr překrytí - zda budou oba ventily otevřeny současně.

Většina standardních motorů má pevné časování. Takový motor bude mít v závislosti na typu vačkového hřídele maximální účinnost buď ve sportovním režimu, nebo při měřené jízdě v nízkých rychlostech.

Dnes je mnoho automobilů středního a prémiového segmentu vybaveno motory, jejichž systém rozvodu plynu může změnit některé parametry otevírání ventilů, díky nimž dochází k vysoce kvalitnímu plnění a ventilaci válců při různých rychlostech klikového hřídele.

Zde je uvedeno, jak by mělo být provedeno načasování při různých otáčkách motoru:

1. Volnoběh vyžaduje takzvané úzké fáze. To znamená, že ventily se začnou otevírat později a čas jejich uzavření je naopak brzy. V tomto režimu není současný otevřený stav (oba ventily nebudou otevřeny současně). Když má otáčení klikového hřídele malý význam, během fázového překrývání mohou výfukové plyny vstupovat do sběrného sacího potrubí a určitý objem VTS do výfuku.
2. Nejvýkonnější režim - vyžaduje široké fáze. Jedná se o režim, ve kterém mají ventily kvůli vysoké rychlosti kratší otevřenou polohu. To vede k tomu, že při sportovní jízdě je plnění a větrání válců prováděno špatně. Aby se situace napravila, musí se změnit časování ventilů, to znamená, že ventily musí být otevřeny dříve a jejich doba trvání v této poloze se musí prodloužit.

Při vývoji konstrukce motorů s variabilním časováním ventilů berou inženýři v úvahu závislost momentu otevření ventilu na otáčkách klikového hřídele. Tyto propracované systémy umožňují, aby byl motor co nejuniverzálnější pro různé styly jízdy. Díky tomuto vývoji jednotka vykazuje širokou škálu možností:

• Při nízkých otáčkách by měl být motor strunný;
• Když se otáčky zvýší, nemělo by to ztratit sílu;
• Bez ohledu na režim, ve kterém spalovací motor pracuje, by spotřeba paliva a tím ekologická doprava při přepravě měla mít nejvyšší možnou úroveň pro konkrétní jednotku.

Všechny tyto parametry lze změnit změnou konstrukce vačkových hřídelů. V tomto případě však bude mít účinnost motoru svůj limit pouze v jednom režimu. Co motor může sám změnit profil v závislosti na počtu otáček klikového hřídele?

Variabilní časování ventilů

Samotná myšlenka změny doby otevření ventilu během provozu pohonné jednotky není nová. Tato myšlenka se pravidelně objevovala v myslích inženýrů, kteří stále vyvíjeli parní stroje.

Jeden z těchto vývojů se tedy nazýval Stevenson. Mechanismus změnil čas vstupu páry do pracovního válce. Režim se nazýval „odpojení páry“. Když byl mechanismus spuštěn, tlak byl přesměrován v závislosti na konstrukci vozidla. Z tohoto důvodu staré kouřové lokomotivy kromě kouře vydávaly také páry páry, když vlak stál.

Práce se změnou časování ventilů byla rovněž prováděna s letadlovými jednotkami. Experimentální model motoru V-8 od společnosti Clerget-Blin s výkonem 200 koní mohl tento parametr změnit, protože konstrukce mechanismu obsahovala posuvný vačkový hřídel.

A na motoru Lycoming XR-7755 byly instalovány vačkové hřídele, ve kterých byly pro každý ventil dvě různé vačky. Zařízení mělo mechanický pohon a bylo aktivováno samotným pilotem. Mohl si vybrat jednu ze dvou možností podle toho, zda potřeboval vynést letadlo na oblohu, dostat se z pronásledování nebo jen ekonomicky létat.

Pokud jde o automobilový průmysl, inženýři začali uvažovat o uplatnění této myšlenky již ve 20. letech minulého století. Důvodem byl vznik vysokorychlostních motorů, které byly instalovány na sportovní vozy. Zvýšení výkonu v těchto jednotkách mělo určitý limit, i když se jednotka mohla odvíjet ještě více. Aby mělo vozidlo více výkonu, byl nejprve zvýšen pouze objem motoru.

Prvním, kdo zavedl variabilní časování ventilů, byl Lawrence Pomeroy, který pracoval jako hlavní konstruktér pro automobilovou společnost Vauxhall. Vytvořil motor, ve kterém byl do mechanismu rozvodu plynu instalován speciální vačkový hřídel. Řada jeho vaček měla několik sad profilů.

4.4litrový H-Type mohl v závislosti na rychlosti klikového hřídele a zatížení, které zažil, pohybovat vačkovým hřídelem podél podélné osy. Z tohoto důvodu byl změněn čas a výška ventilů. Protože tato část měla omezení v pohybu, fázové řízení mělo také své limity.

Do podobného nápadu bylo zapojeno i Porsche. V roce 1959 byl vydán patent na „oscilující vačky“ vačkového hřídele. Tento vývoj měl změnit zdvih ventilů a současně i dobu otevření. Vývoj zůstal ve fázi projektu.

Úplně první funkční řídicí mechanismus časování ventilů byl vyvinut společností Fiat. Vynález vyvinul Giovanni Torazza na konci 60. let. Mechanismus používal hydraulické tlačné tyče, které měnily bod otáčení zdvihátka ventilu. Zařízení fungovalo podle toho, jaké byly otáčky motoru a tlak v sacím potrubí.

První sériové auto s proměnlivými fázemi GR však bylo od Alfy Romeo. Model Spider z roku 1980 dostal elektronický mechanismus, který mění fáze v závislosti na provozních režimech spalovacího motoru.

Způsoby, jak změnit trvání a šířku časování ventilů

Dnes existuje několik typů mechanismů, které mění okamžik, čas a výšku otevření ventilu:

1. Ve své nejjednodušší podobě se jedná o speciální spojku, která je instalována na pohonu mechanismu distribuce plynu (fázový řadič). Řízení se provádí díky hydraulickému účinku na výkonný mechanismus a řízení se provádí pomocí elektroniky. Při volnoběhu motoru je vačkový hřídel ve své původní poloze. Jakmile se otáčky zvýší, elektronika zareaguje na tento parametr a aktivuje hydrauliku, která mírně pootočí vačkovým hřídelem vzhledem k výchozí poloze. Díky tomu se ventily otevírají o něco dříve, což umožňuje rychle naplnit válce novou dávkou BTC.
2. Změna profilu vačky. Jedná se o vývoj, který motoristé používají již dlouhou dobu. Díky namontování vačkového hřídele na nestandardní vačky může jednotka pracovat efektivněji při vyšších otáčkách. Takové upgrady však musí provést znalý mechanik, což vede ke spoustě odpadu. U motorů se systémem VVTL-i mají vačkové hřídele několik sad vaček s různými profily. Když spalovací motor běží na volnoběh, plní svou funkci standardní prvky. Jakmile se otáčky klikového hřídele pohybují kolem hranice 6 tisíc, vačkový hřídel se mírně posune, kvůli čemuž začne fungovat další sada vaček. Podobný proces nastává, když se motor roztočí na 8.5 tisíce a třetí sada vaček začne fungovat, což ještě více rozšíří fáze.
3. Změna výšky otevření ventilu. Tento vývoj umožňuje současně měnit provozní režimy časování a vyloučit škrticí ventil. U takových mechanismů sešlápnutím plynového pedálu aktivuje mechanické zařízení, které ovlivňuje otevírací sílu sacích ventilů. Tento systém snižuje spotřebu paliva přibližně o 15 procent a zvyšuje výkon jednotky o stejné množství. U modernějších motorů se nepoužívá mechanický, ale elektromagnetický analog. Výhodou druhé možnosti je, že elektronika je schopna efektivněji a plynuleji měnit režimy otevírání ventilů. Výška zdvihu může být téměř ideální a otevírací doba může být širší než u předchozích verzí. Takový vývoj v zájmu úspory paliva může dokonce vypnout některé válce (neotvírat některé ventily). Tyto motory aktivují systém, když se vůz zastaví, ale spalovací motor není nutné vypínat (například na semaforu) nebo když řidič zpomalí automobil pomocí spalovacího motoru.

Proč měnit časování ventilů

Použití mechanismů, které mění časování ventilů, umožňuje:

• Účinnější je využívat zdroj pohonné jednotky v různých režimech jejího provozu;
• Zvyšte výkon bez nutnosti instalace vlastního vačkového hřídele;
• Zvyšte hospodárnost vozidla;
• Zajistěte účinné plnění a větrání lahví při vysokých rychlostech;
• Zvyšte ekologičnost dopravy díky efektivnějšímu spalování směsi vzduch-palivo.

Protože různé provozní režimy spalovacího motoru vyžadují své vlastní parametry časování ventilů, pomocí mechanismů pro změnu FGR může stroj odpovídat ideálním parametrům výkonu, točivého momentu, šetrnosti k životnímu prostředí a hospodárnosti. Jediným problémem, který zatím žádný výrobce nedokáže vyřešit, jsou vysoké náklady na zařízení. Ve srovnání se standardním motorem bude analog vybavený podobným mechanismem stát téměř dvakrát tolik.

Někteří motoristé používají pro zvýšení výkonu automobilu systémy variabilního časování ventilů. S pomocí upraveného rozvodového řemene je však nemožné vytlačit maximum z jednotky. Přečtěte si o dalších možnostech zde.

Na závěr nabízíme malou vizuální pomůcku pro provoz systému variabilního časování ventilů:

Variabilní systém časování ventilů na příkladu CVVT

Otázky a odpovědi:

Jaké je časování ventilů? Toto je okamžik, kdy se ventil (vstup nebo výstup) otevře / zavře. Tento výraz je vyjádřen ve stupních natočení klikového hřídele motoru.

ЧCo ovlivňuje časování ventilů? Časování ventilů je ovlivněno provozním režimem motoru. Pokud v časování není fázový posuvník, pak je maximálního účinku dosaženo pouze v určitém rozsahu otáček motoru.

K čemu slouží schéma časování ventilů? Tento diagram ukazuje, jak efektivně probíhá plnění, spalování a čištění ve válcích v určitém rozsahu otáček. Umožňuje vám správně vybrat časování ventilů.