Apa itu valve timing dan bagaimana cara kerjanya

Rancangan mesin empat tak, yang bekerja berdasarkan prinsip pelepasan energi selama pembakaran campuran bahan bakar dan bahan bakar, termasuk satu mekanisme penting, yang tanpanya unit tidak dapat berfungsi. Ini adalah mekanisme waktu atau distribusi gas.

Di sebagian besar mesin standar, itu dipasang di kepala silinder. Rincian lebih lanjut tentang struktur mekanisme dijelaskan di artikel terpisah... Sekarang kita akan fokus pada apa yang dimaksud dengan timing katup, serta bagaimana kerjanya memengaruhi indikator daya motor dan efisiensinya.

Apa itu timing katup mesin

Secara singkat tentang mekanisme timing itu sendiri. Poros engkol melalui penggerak sabuk (di banyak mesin pembakaran internal modern, rantai dipasang sebagai pengganti sabuk karet) dihubungkan ke camshaft. Saat pengemudi menyalakan mesin, starter akan memutar roda gila. Kedua poros mulai berputar secara serempak, tetapi pada kecepatan yang berbeda (pada dasarnya, dalam satu putaran poros bubungan, poros engkol membuat dua putaran).

Ada cams berbentuk tetesan khusus di camshaft. Saat struktur berputar, cam mendorong batang katup pegas. Katup terbuka, memungkinkan campuran bahan bakar / udara masuk ke silinder atau knalpot ke manifold buang.

Fase distribusi gas tepat pada saat katup mulai membuka saluran masuk / keluar sebelum saat katup menutup sepenuhnya. Setiap insinyur yang mengerjakan pengembangan unit daya menghitung berapa tinggi bukaan katup, serta berapa lama akan tetap terbuka.

Pengaruh timing katup pada operasi mesin

Bergantung pada mode di mana mesin beroperasi, distribusi gas harus dimulai lebih awal atau lebih lambat. Ini mempengaruhi efisiensi unit, keekonomisan dan torsi maksimumnya. Ini karena pembukaan / penutupan tepat waktu pada intake dan exhaust manifold adalah kunci untuk memaksimalkan energi yang dilepaskan selama pembakaran HVAC.

Jika katup masuk mulai terbuka pada saat yang berbeda ketika piston melakukan langkah isap, maka pengisian rongga silinder yang tidak rata dengan bagian udara segar akan terjadi dan bahan bakar akan bercampur lebih buruk, yang akan menyebabkan pembakaran campuran yang tidak sempurna.

Sedangkan untuk katup buang, harus juga terbuka tidak lebih awal sebelum piston mencapai titik mati bawah, tetapi tidak lebih dari setelah piston memulai langkah ke atas. Dalam kasus pertama, kompresi akan turun, dan dengan itu motor akan kehilangan daya. Kedua, hasil pembakaran dengan katup tertutup akan menimbulkan hambatan bagi piston yang sudah mulai naik. Ini merupakan beban tambahan pada mekanisme engkol, yang dapat merusak beberapa bagiannya.

Untuk pengoperasian unit daya yang memadai, diperlukan waktu katup yang berbeda. Untuk satu mode, katup harus dibuka lebih awal dan ditutup kemudian, dan untuk mode lainnya, sebaliknya. Parameter tumpang tindih juga sangat penting - apakah kedua katup akan dibuka secara bersamaan.

Kebanyakan motor standar memiliki pengaturan waktu tetap. Mesin seperti itu, tergantung pada jenis camshaft, akan memiliki efisiensi maksimum baik dalam mode sport atau dengan penggerak terukur pada putaran rendah.

Saat ini, banyak mobil dari segmen menengah dan premium dilengkapi dengan motor, yang sistem distribusi gasnya dapat mengubah beberapa parameter bukaan katup, sehingga pengisian dan ventilasi silinder berkualitas tinggi terjadi pada kecepatan poros engkol yang berbeda.

Inilah cara distribusi gas harus dilakukan pada mode mesin yang berbeda:

1. Pemalasan membutuhkan apa yang disebut fase sempit. Ini berarti bahwa katup mulai membuka kemudian, dan sebaliknya, waktu penutupannya lebih awal. Tidak ada status buka simultan dalam mode ini (kedua katup tidak akan terbuka pada waktu yang sama). Ketika rotasi poros engkol tidak terlalu penting, ketika fase tumpang tindih, gas buang dapat masuk ke intake manifold, dan volume VTS tertentu ke dalam knalpot.
2. Mode paling kuat - ini membutuhkan fase yang lebar. Ini adalah mode di mana, karena kecepatan tinggi, katup memiliki posisi buka yang lebih pendek. Ini mengarah pada fakta bahwa selama olahraga mengemudi, pengisian dan ventilasi silinder dilakukan dengan buruk. Untuk mengatasi situasi tersebut, timing katup harus diubah, yaitu katup harus dibuka lebih awal, dan durasinya dalam posisi ini harus ditingkatkan.

Saat mengembangkan desain motor dengan timing katup variabel, para insinyur memperhitungkan ketergantungan momen pembukaan katup pada kecepatan poros engkol. Sistem canggih ini memungkinkan motor menjadi serba guna untuk berbagai gaya berkendara. Berkat perkembangan ini, unit menunjukkan berbagai kemungkinan:

• Pada putaran rendah, motor harus berserabut;
• Saat revs meningkat, seharusnya tidak kehilangan daya;
• Terlepas dari mode di mana mesin pembakaran internal beroperasi, penghematan bahan bakar, dan dengan itu transportasi yang ramah lingkungan, harus memiliki tingkat setinggi mungkin untuk unit tertentu.

Semua parameter ini dapat diubah dengan mengubah desain camshafts. Namun, dalam kasus ini, efisiensi motor akan dibatasi hanya dalam satu mode. Bagaimana dengan motor yang bisa merubah profilnya sendiri tergantung dari jumlah putaran poros engkol?

Variable valve timing

Ide sendiri untuk mengubah waktu buka katup selama pengoperasian unit daya bukanlah hal baru. Ide ini secara berkala muncul di benak para insinyur yang masih mengembangkan mesin uap.

Jadi, salah satu perkembangan ini disebut roda gigi Stevenson. Mekanismenya mengubah waktu uap memasuki silinder kerja. Rezim itu disebut "penghentian uap". Saat mekanisme dipicu, tekanan dialihkan tergantung pada desain kendaraan. Karenanya, selain asap, lokomotif uap tua juga mengeluarkan embusan uap saat kereta berhenti.

Pekerjaan dengan mengubah waktu katup juga dilakukan dengan unit pesawat. Jadi, model eksperimental mesin V-8 dari perusahaan Clerget-Blin dengan kapasitas 200 tenaga kuda dapat mengubah parameter ini karena desain mekanismenya termasuk camshaft geser.

Dan pada mesin Lycoming XR-7755 dipasang camshafts, di mana terdapat dua cam berbeda untuk setiap valve. Perangkat itu memiliki penggerak mekanis, dan diaktifkan oleh pilotnya sendiri. Dia dapat memilih salah satu dari dua opsi tergantung pada apakah dia perlu membawa pesawat ke langit, menjauh dari pengejaran, atau sekadar terbang hemat.

Sedangkan untuk industri otomotif, para insinyur mulai memikirkan tentang penerapan ide ini pada tahun 20-an abad lalu. Pasalnya, munculnya motor berkecepatan tinggi yang dipasang pada mobil sport. Peningkatan daya pada unit semacam itu memiliki batas tertentu, meskipun unit tersebut bisa lebih dibatalkan lagi. Agar kendaraan punya tenaga lebih, awalnya mereka hanya menaikkan volume mesin.

Orang pertama yang memperkenalkan waktu katup variabel adalah Lawrence Pomeroy, yang bekerja sebagai kepala desainer untuk perusahaan mobil Vauxhall. Dia menciptakan motor di mana camshaft khusus dipasang di mekanisme distribusi gas. Sejumlah kameranya memiliki beberapa set profil.

Tipe H 4.4 liter, tergantung pada kecepatan poros engkol dan beban yang dialaminya, dapat menggerakkan poros bubungan sepanjang sumbu longitudinal. Karena itu, waktu dan ketinggian katup diubah. Karena bagian ini memiliki batasan pergerakan, kontrol fase juga memiliki batasannya.

Porsche juga terlibat dalam ide ini. Pada tahun 1959, sebuah paten dikeluarkan untuk "kamera berosilasi" dari poros bubungan. Perkembangan ini seharusnya mengubah angkat katup, dan pada saat yang sama, waktu pembukaan. Pembangunan tetap pada tahap proyek.

Mekanisme kontrol timing katup yang bisa diterapkan pertama kali dikembangkan oleh Fiat. Penemuan ini dikembangkan oleh Giovanni Torazza di akhir tahun 60-an. Mekanismenya menggunakan penekan hidrolik, yang mengubah titik poros tappet katup. Perangkat bekerja tergantung pada kecepatan mesin dan tekanan di intake manifold.

Namun, mobil produksi pertama dengan fase variabel GR berasal dari Alfa Romeo. Model Spider 1980 menerima mekanisme elektronik yang mengubah fase tergantung pada mode operasi mesin pembakaran internal.

Cara untuk mengubah durasi dan lebar timing katup

Saat ini ada beberapa jenis mekanisme yang mengubah momen, waktu, dan ketinggian bukaan katup:

1. Dalam bentuknya yang paling sederhana, ini adalah kopling khusus yang dipasang pada penggerak mekanisme distribusi gas (pemindah fase). Kontrol dilakukan berkat efek hidraulik pada mekanisme eksekutif, dan kontrol dilakukan oleh elektronik. Saat mesin idle, camshaft berada di posisi aslinya. Segera setelah putaran meningkat, elektronik bereaksi terhadap parameter ini dan mengaktifkan hidrolik, yang memutar poros bubungan sedikit relatif ke posisi awal. Berkat ini, katup terbuka sedikit lebih awal, yang memungkinkan silinder dengan cepat mengisi dengan porsi BTC baru.
2. Mengubah profil kamera. Ini adalah perkembangan yang telah digunakan pengendara sejak lama. Memasang camshaft dengan cam non-standar dapat membuat unit bekerja lebih efisien pada rpm yang lebih tinggi. Namun, peningkatan tersebut harus dilakukan oleh mekanik yang berpengetahuan luas, yang menyebabkan banyak pemborosan. Pada mesin dengan sistem VVTL-i, camshaft memiliki beberapa set cam dengan profil berbeda. Saat mesin pembakaran internal diam, elemen standar menjalankan fungsinya. Segera setelah rpm crankshaft bergerak melewati tanda 6 ribu, camshaft bergeser sedikit, yang karenanya satu set cams lainnya mulai beroperasi. Proses serupa terjadi ketika mesin berputar hingga 8.5 ribu, dan set ketiga cam mulai bekerja, yang membuat fase menjadi lebih lebar.
3. Ubah ketinggian bukaan katup. Perkembangan ini memungkinkan Anda untuk secara bersamaan mengubah mode operasi pengaturan waktu, serta mengecualikan katup throttle. Dalam mekanisme seperti itu, menekan pedal akselerator mengaktifkan perangkat mekanis yang memengaruhi gaya pembukaan katup masuk. Sistem ini mengurangi konsumsi bahan bakar sekitar 15 persen dan meningkatkan daya unit dengan jumlah yang sama. Di motor yang lebih modern, bukan analog mekanis, tetapi analog elektromagnetik digunakan. Keuntungan dari opsi kedua adalah bahwa elektronik dapat dengan lebih efisien dan lancar mengubah mode pembukaan katup. Ketinggian angkat bisa mendekati ideal dan waktu buka bisa lebih lebar dari pada versi sebelumnya. Perkembangan seperti itu demi penghematan bahan bakar bahkan bisa mematikan beberapa silinder (jangan buka beberapa klep). Motor-motor ini mengaktifkan sistem saat mobil berhenti, tetapi mesin pembakaran dalam tidak perlu dimatikan (misalnya di lampu lalu lintas) atau saat pengemudi memperlambat mobil menggunakan mesin pembakaran dalam.

Mengapa mengubah timing katup

Penggunaan mekanisme yang mengubah timing katup memungkinkan:

• Lebih efisien menggunakan sumber daya unit daya dalam berbagai mode operasinya;
• Tingkatkan daya tanpa perlu memasang camshaft khusus;
• Membuat kendaraan lebih irit;
• Menyediakan pengisian dan ventilasi silinder yang efektif dengan kecepatan tinggi;
• Meningkatkan keramahan lingkungan transportasi karena pembakaran campuran udara-bahan bakar yang lebih efisien.

Karena mode operasi yang berbeda dari mesin pembakaran internal memerlukan parameter timing katupnya sendiri, menggunakan mekanisme untuk mengubah FGR, mesin dapat menyesuaikan dengan parameter ideal dari tenaga, torsi, keramahan lingkungan, dan efisiensi. Satu-satunya masalah yang sejauh ini tidak dapat dipecahkan oleh pabrikan adalah tingginya biaya perangkat. Dibandingkan dengan motor standar, analog yang dilengkapi mekanisme serupa harganya hampir dua kali lipat.

Beberapa pengendara menggunakan sistem timing katup variabel untuk meningkatkan tenaga mobil. Namun, dengan bantuan timing belt yang dimodifikasi, tidak mungkin untuk memaksimalkan unit secara maksimal. Baca tentang kemungkinan lain di sini.

Sebagai kesimpulan, kami menawarkan bantuan visual kecil tentang pengoperasian sistem timing katup variabel:

Sistem timing katup variabel menggunakan contoh CVVT

Pertanyaan dan Jawaban:

Apa waktu katup? Ini adalah momen ketika katup (masuk atau keluar) membuka/menutup. Istilah ini dinyatakan dalam derajat putaran poros engkol mesin.

ЧApa yang mempengaruhi waktu katup? Waktu katup dipengaruhi oleh mode pengoperasian mesin. Jika tidak ada pemindah fase dalam pengaturan waktu, maka efek maksimum hanya dicapai dalam rentang putaran motor tertentu.

Untuk apa diagram timing katup? Diagram ini menunjukkan seberapa efisien pengisian, pembakaran, dan pembersihan dalam silinder terjadi pada kisaran RPM tertentu. Ini memungkinkan Anda untuk memilih timing katup dengan benar.