Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?
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Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?

Die Konstruktion des Viertaktmotors, der nach dem Prinzip der Energiefreisetzung bei der Verbrennung eines Gemisches aus Kraftstoff und Kraftstoff arbeitet, umfasst einen wichtigen Mechanismus, ohne den das Gerät nicht funktionieren kann. Dies ist ein Zeitsteuerungs- oder Gasverteilungsmechanismus.

Bei den meisten Standardmotoren ist es im Zylinderkopf eingebaut. Weitere Details zur Mechanismusstruktur sind in beschrieben separater Artikel... Jetzt konzentrieren wir uns darauf, wie die Ventilsteuerung ist und wie sich ihre Arbeit auf die Leistungsindikatoren des Motors und seinen Wirkungsgrad auswirkt.

Was ist die Motorventilsteuerung?

Kurz über den Zeitmechanismus selbst. Die Kurbelwelle ist über einen Riemenantrieb (bei vielen modernen Verbrennungsmotoren wird anstelle eines gummierten Riemens eine Kette eingebaut) angeschlossen Nockenwelle. Wenn der Fahrer den Motor startet, kurbelt der Anlasser das Schwungrad an. Beide Wellen beginnen sich synchron zu drehen, jedoch mit unterschiedlichen Drehzahlen (im Grunde macht die Kurbelwelle bei einer Umdrehung der Nockenwelle zwei Umdrehungen).

Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?

Auf der Nockenwelle befinden sich spezielle tröpfchenförmige Nocken. Wenn sich die Struktur dreht, drückt der Nocken gegen die federbelastete Ventilspindel. Das Ventil öffnet sich und das Luft-Kraftstoff-Gemisch kann in den Zylinder oder das Abgas in den Abgaskrümmer gelangen.

Die Gasverteilungsphase ist genau der Moment, in dem das Ventil beginnt, den Einlass / Auslass zu öffnen, bevor es vollständig schließt. Jeder Ingenieur, der an der Entwicklung eines Aggregats arbeitet, berechnet, wie hoch die Ventilöffnungshöhe sein sollte und wie lange sie geöffnet bleiben wird.

Einfluss der Ventilsteuerung auf den Motorbetrieb

Je nach Betriebsart des Motors sollte die Gasverteilung entweder früher oder später starten. Dies wirkt sich auf den Wirkungsgrad des Geräts, seine Wirtschaftlichkeit und das maximale Drehmoment aus. Dies liegt daran, dass das rechtzeitige Öffnen / Schließen der Einlass- und Auslasskrümmer der Schlüssel ist, um die bei der Verbrennung der Klimaanlage freigesetzte Energie optimal zu nutzen.

Wenn das Einlassventil zu einem anderen Zeitpunkt zu öffnen beginnt, wenn der Kolben den Einlasshub ausführt, tritt eine ungleichmäßige Befüllung des Zylinderhohlraums mit einem frischen Luftanteil auf und der Kraftstoff vermischt sich schlechter, was zu einer unvollständigen Verbrennung des Gemisches führt.

Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?

Das Auslassventil sollte sich auch nicht früher öffnen, als der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, jedoch nicht später, nachdem er seinen Aufwärtshub begonnen hat. Im ersten Fall sinkt die Kompression und der Motor verliert damit an Leistung. Im zweiten Fall erzeugen die Verbrennungsprodukte mit geschlossenem Ventil einen Widerstand für den Kolben, der zu steigen begonnen hat. Dies ist eine zusätzliche Belastung des Kurbelmechanismus, die einige seiner Teile beschädigen kann.

Für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Aggregats ist eine unterschiedliche Ventilsteuerung erforderlich. Für einen Modus ist es erforderlich, dass die Ventile früher öffnen und später schließen, für andere umgekehrt. Der Überlappungsparameter ist ebenfalls von großer Bedeutung - ob beide Ventile gleichzeitig geöffnet werden.

Die meisten Standardmotoren haben ein festes Timing. Ein solcher Motor hat je nach Typ der Nockenwelle entweder im Sportmodus oder bei gemessenem Fahren bei niedrigen Geschwindigkeiten einen maximalen Wirkungsgrad.

Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?

Viele Fahrzeuge des Mittel- und Premium-Segments sind heute mit Motoren ausgestattet, deren Gasverteilungssystem einige Parameter der Ventilöffnung verändern kann, wodurch die Zylinder bei unterschiedlichen Kurbelwellendrehzahlen qualitativ hochwertig befüllt und belüftet werden.

So sollte das Timing bei verschiedenen Motordrehzahlen erfolgen:

  1. Leerlauf erfordert sogenannte enge Phasen. Dies bedeutet, dass die Ventile später zu öffnen beginnen und die Schließzeit im Gegenteil früh ist. In diesem Modus gibt es keinen gleichzeitigen Öffnungszustand (beide Ventile öffnen nicht gleichzeitig). Wenn die Drehung der Kurbelwelle während der Phasenüberlappung von geringer Bedeutung ist, können die Abgase in den Ansaugkrümmer und ein gewisses Volumen des VTS in den Auspuff gelangen.
  2. Der leistungsstärkste Modus - er erfordert breite Phasen. Dies ist ein Modus, in dem die Ventile aufgrund der hohen Geschwindigkeit eine kürzere Öffnungsposition haben. Dies führt dazu, dass beim Sportfahren das Befüllen und Belüften der Zylinder schlecht durchgeführt wird. Um Abhilfe zu schaffen, muss die Ventilsteuerung geändert werden, dh die Ventile müssen früher geöffnet werden und ihre Dauer in dieser Position muss sich erhöhen.

Bei der Entwicklung des Designs von Motoren mit variabler Ventilsteuerung berücksichtigen die Ingenieure die Abhängigkeit des Ventilöffnungsmoments von der Kurbelwellendrehzahl. Diese ausgeklügelten Systeme ermöglichen es dem Motor, für verschiedene Fahrstile so vielseitig wie möglich zu sein. Dank dieser Entwicklung zeigt das Gerät eine Vielzahl von Möglichkeiten:

  • Bei niedrigen Drehzahlen sollte der Motor fadenziehend sein.
  • Wenn die Drehzahl steigt, sollte sie nicht an Leistung verlieren.
  • Unabhängig von der Betriebsart des Verbrennungsmotors sollte der Kraftstoffverbrauch und damit die Umweltfreundlichkeit des Transports für eine bestimmte Einheit das höchstmögliche Niveau aufweisen.
Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?

Alle diese Parameter können durch Ändern des Designs der Nockenwellen geändert werden. In diesem Fall hat der Motorwirkungsgrad jedoch nur in einem Modus seine Grenzen. Wie wäre es, wenn der Motor das Profil abhängig von der Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle selbstständig ändern kann?

Variable Ventilsteuerung

Die Idee selbst, die Ventilöffnungszeit während des Betriebs des Aggregats zu ändern, ist nicht neu. Diese Idee tauchte regelmäßig in den Köpfen von Ingenieuren auf, die noch Dampfmaschinen entwickelten.

Eine dieser Entwicklungen wurde als Stevenson-Ausrüstung bezeichnet. Der Mechanismus änderte die Zeit, in der Dampf in den Arbeitszylinder eintrat. Das Regime wurde "Steam Cut" genannt. Bei Auslösung des Mechanismus wurde der Druck je nach Fahrzeugkonstruktion umgeleitet. Aus diesem Grund stießen alte Dampflokomotiven neben Rauch auch Dampf aus, wenn der Zug stillstand.

Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?

Arbeiten mit sich ändernder Ventilsteuerung wurden auch mit Flugzeugeinheiten durchgeführt. Ein experimentelles Modell des V-8-Motors der Firma Clerget-Blin mit einer Leistung von 200 PS könnte diesen Parameter ändern, da das Design des Mechanismus eine verschiebbare Nockenwelle enthielt.

Beim Lycoming XR-7755-Motor wurden Nockenwellen eingebaut, bei denen für jedes Ventil zwei verschiedene Nocken vorhanden waren. Das Gerät hatte einen mechanischen Antrieb und wurde vom Piloten selbst aktiviert. Er konnte eine von zwei Optionen wählen, je nachdem, ob er das Flugzeug in den Himmel nehmen, der Jagd entkommen oder einfach nur wirtschaftlich fliegen musste.

Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?

In der Automobilindustrie begannen die Ingenieure bereits in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts über die Anwendung dieser Idee nachzudenken. Der Grund war das Aufkommen von Hochgeschwindigkeitsmotoren, die in Sportwagen eingebaut wurden. Die Leistungssteigerung in solchen Einheiten hatte eine gewisse Grenze, obwohl die Einheit noch mehr abgewickelt werden konnte. Damit das Fahrzeug mehr Leistung hat, wurde zunächst nur das Motorvolumen erhöht.

Der erste, der eine variable Ventilsteuerung einführte, war Lawrence Pomeroy, der als Chefdesigner für die Autofirma Vauxhall arbeitete. Er schuf einen Motor, in den eine spezielle Nockenwelle im Gasverteilungsmechanismus eingebaut war. Einige seiner Kameras hatten mehrere Profilsätze.

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Der 4.4-Liter-H-Typ könnte je nach Drehzahl der Kurbelwelle und Belastung die Nockenwelle entlang der Längsachse bewegen. Aufgrund dessen wurden die Zeit und Höhe der Ventile geändert. Da dieser Teil Bewegungseinschränkungen aufwies, hatte auch die Phasensteuerung ihre Grenzen.

An einer ähnlichen Idee war auch Porsche beteiligt. 1959 wurde ein Patent für die „oszillierenden Nocken“ der Nockenwelle erteilt. Diese Entwicklung sollte den Ventilhub und gleichzeitig die Öffnungszeit verändern. Die Entwicklung blieb im Projektstadium.

Der allererste funktionsfähige Ventilsteuermechanismus wurde von Fiat entwickelt. Die Erfindung wurde Ende der 60er Jahre von Giovanni Torazza entwickelt. Der Mechanismus verwendete hydraulische Drücker, die den Drehpunkt des Ventilstößels veränderten. Das Gerät funktionierte abhängig von der Motordrehzahl und dem Druck im Ansaugkrümmer.

Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?

Das erste Serienauto mit variablen GR-Phasen stammte jedoch von Alfa Romeo. Das Spider-Modell von 1980 erhielt einen elektronischen Mechanismus, der je nach Betriebsart des Verbrennungsmotors die Phasen wechselt.

Möglichkeiten zum Ändern der Dauer und Breite der Ventilsteuerung

Heutzutage gibt es verschiedene Arten von Mechanismen, die den Moment, die Zeit und die Höhe der Ventilöffnung ändern:

  1. In seiner einfachsten Ausführung ist es eine spezielle Kupplung, die am Antrieb des Steuermechanismus (Phasenschieber) installiert ist. Die Steuerung erfolgt dank der hydraulischen Wirkung auf den Ausführungsmechanismus, und die Steuerung erfolgt durch die Elektronik. Wenn der Motor im Leerlauf läuft, befindet sich die Nockenwelle in ihrer ursprünglichen Position. Sobald die Drehzahl ansteigt, reagiert die Elektronik auf diesen Parameter und aktiviert die Hydraulik, die die Nockenwelle relativ zur Ausgangsposition leicht dreht. Dadurch öffnen sich die Ventile etwas früher, wodurch die Zylinder schnell mit einer frischen Portion BTC gefüllt werden können.Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?
  2. Nockenprofil ändern. Dies ist eine Entwicklung, die Autofahrer seit langem nutzen. Durch die Montage einer Nockenwelle mit nicht standardmäßigen Nocken kann das Gerät bei höheren Drehzahlen effizienter arbeiten. Solche Upgrades müssen jedoch von einem sachkundigen Mechaniker durchgeführt werden, was zu viel Abfall führt. Bei Motoren mit dem VVTL-i-System haben die Nockenwellen mehrere Nockensätze mit unterschiedlichen Profilen. Im Leerlauf des Verbrennungsmotors erfüllen Standardelemente ihre Funktion. Sobald sich die Drehzahl der Kurbelwelle über die 6-Marke hinaus bewegt, verschiebt sich die Nockenwelle leicht, wodurch ein weiterer Satz Nocken in Betrieb genommen wird. Ein ähnlicher Vorgang tritt auf, wenn der Motor bis zu 8.5 Tausend dreht und der dritte Satz Nocken zu arbeiten beginnt, wodurch die Phasen noch breiter werden.Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?
  3. Änderung der Ventilöffnungshöhe. Diese Entwicklung ermöglicht es Ihnen, gleichzeitig die Betriebsarten des Timings zu ändern und die Drosselklappe auszuschließen. Bei solchen Mechanismen aktiviert das Drücken des Gaspedals eine mechanische Vorrichtung, die die Öffnungskraft der Einlassventile beeinflusst. Dieses System reduziert den Kraftstoffverbrauch um etwa 15 Prozent und erhöht die Leistung des Geräts um den gleichen Betrag. In moderneren Motoren wird kein mechanisches, sondern ein elektromagnetisches Analogon verwendet. Der Vorteil der zweiten Option besteht darin, dass die Elektronik die Ventilöffnungsmodi effizienter und reibungsloser ändern kann. Die Hubhöhe kann nahezu ideal sein und die Öffnungszeiten können länger sein als bei früheren Versionen. Eine solche Entwicklung kann aus Gründen der Kraftstoffeinsparung sogar einige Zylinder ausschalten (einige Ventile nicht öffnen). Diese Motoren aktivieren das System, wenn das Auto anhält, der Verbrennungsmotor jedoch nicht ausgeschaltet werden muss (z. B. an einer Ampel) oder wenn der Fahrer das Auto mit dem Verbrennungsmotor verlangsamt.Was sind Ventilsteuerzeiten und wie funktionieren sie?

Warum die Ventilsteuerung ändern?

Die Verwendung von Mechanismen, die die Ventilsteuerung ändern, ermöglicht:

  • Es ist effizienter, die Ressource des Aggregats in verschiedenen Betriebsarten zu nutzen.
  • Erhöhen Sie die Leistung, ohne dass eine benutzerdefinierte Nockenwelle installiert werden muss.
  • Machen Sie das Fahrzeug wirtschaftlicher;
  • Sorgen Sie für eine effektive Befüllung und Belüftung der Zylinder bei hohen Geschwindigkeiten.
  • Erhöhen Sie die Umweltfreundlichkeit des Transports durch eine effizientere Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches.

Da verschiedene Betriebsarten des Verbrennungsmotors ihre eigenen Parameter der Ventilsteuerung erfordern, kann die Maschine unter Verwendung der Mechanismen zum Ändern der FGR den idealen Parametern Leistung, Drehmoment, Umweltfreundlichkeit und Effizienz entsprechen. Das einzige Problem, das bisher kein Hersteller lösen kann, sind die hohen Kosten des Geräts. Im Vergleich zu einem Standardmotor kostet ein mit einem ähnlichen Mechanismus ausgestattetes Analog fast doppelt so viel.

Einige Autofahrer verwenden variable Ventilsteuerungssysteme, um die Leistung des Autos zu erhöhen. Mit Hilfe eines modifizierten Zahnriemens ist es jedoch unmöglich, das Maximum aus dem Gerät herauszudrücken. Lesen Sie mehr über andere Möglichkeiten hier.

Zusammenfassend bieten wir eine kleine visuelle Hilfe zum Betrieb des variablen Ventilsteuerungssystems:

Variables Ventilsteuerungssystem am Beispiel der CVVT

Fragen und Antworten:

Wie ist die Ventilsteuerung? Dies ist der Moment, in dem das Ventil (Einlass oder Auslass) öffnet / schließt. Dieser Ausdruck wird in Grad der Motorkurbelwellendrehung ausgedrückt.

ЧWas beeinflusst die Ventilsteuerung? Die Ventilsteuerzeiten werden von der Motorbetriebsart beeinflusst. Ohne Phasenschieber im Timing wird die maximale Wirkung nur in einem bestimmten Motordrehzahlbereich erreicht.

Wozu dient das Ventilsteuerzeitendiagramm? Dieses Diagramm zeigt, wie effizient das Befüllen, Verbrennen und Reinigen von Zylindern in einem bestimmten Drehzahlbereich erfolgt. Damit können Sie die Ventilsteuerzeiten richtig wählen.

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