Szekvenciális 3 járatú szelep vezérlés motorok működése
Hiába születtek meg a többszelepes motorok, ha magasabb fordulatszámon még így sem jutottak elegendő levegőhöz. Ezt az igényt elégíti ki a motor fordulatszámának függvényében változó szelepnyitást-zárást szabályzó mechanizmus. A többszelepes motorok után a következő lépés a változó szelepvezérlés kifejlesztése volt. Nagyobb fordulatszámon a szelepek is egyre gyorsabban nyitnak-zárnak, és egyszerűen nincs elég idő ahhoz, hogy elég levegő jusson a hengerbe, a kipufogógáz pedig kijusson belőle.
Változó szelepvezérlés nélkül a motor teljesítménye egy bizonyos fordulatszám-tartományra van optimalizálva, ettől eltérő tartományokban a motor teljesítménye csökkken. Egy teherautó motorja például alacsonyabb fordulatszám-tartományra, egy családi autó motorja a középtartományra, egy sportkocsié pedig a felsőre lenne hangolva. Változó szelepvezérlés alkalmazásával azonban szélesebb tartományban működhet optimálisan a motor. Az előnyök: nagyobb maximális fordulatszám, nagyobb maximális erő, kis fordulatszámon nagyobb nyomaték.
A technológia fejlődése és az első rendszerek
A változó szelepvezérléses technológia elsőként 1980-ban, az Alfa Romeo Spider személygépkocsikban jelent meg. A fejlesztő mérnökök nem sokat variáltak az elnevezéssel, megszületett a Variator. Fordulatszám függvényében, egy szolenoid szelep segítségével olajat áramoltatnak a szívó oldali vezérműtengely végén található hengerbe, amiben egy spirál rugó található fogaskerekekkel és egy dugattyúval. A fejlett motoroknál magasabb fordulaton tovább egybe nyitott szívó- és kipufogószelepek miatt gyorsabb a gázok áramlása, ami közvetlenebb s energikusabb motorvezérlést eredményez. Viszont alacsonyabb fordulaton nem működtethető kellő hatékonysággal. Ezért ennek a hiányosságnak az elkerülése végett alacsonyabb fordulatszám-tartományban (<3000 RPM) 25°-kal el kell a szívó oldali vezérműtengelyt forgatni, ezt a feladatot végzi el a Variator. Valamennyi 2.0 'Nord' motorban, majd később a kisebb lökettérfogatú Twin Spark (dupla gyertyás) motoroknál is alkalmazták.
A Toyota fejlesztésért felelős vezetője 1991-ben, amikor bemutatták az új generációs motorcsaládjukat, nem kevesebbet állított, mint hogy "VVT is the heart of every modern Toyota!" - ami magyarul azt jelenti, hogy "A VVT minden modern Toyota szíve". Talán nem véletlen, hogy a szívvel az Alfák szlogenjére, a "Cuore Sportivo" - magyarul "Sportos szív"-re utalt beszédében, hiszen a Toyota változó szelepvezérlési rendszere egy az egyben az Alfáknál használt Variator újra értelmezése, egy évtizeddel megkésve.
Fejlett szelepvezérlési rendszerek a piacon
Az évek során a különböző gyártók eltérő mechanikai és hidraulikus megoldásokat fejlesztettek ki a szelepek vezérlésére:
- Honda VTEC: A Honda VTEC rendszere már nem csak a szelepek nyitásának- illetve zárásának idejét, hanem a mértékét is szabályozni tudta. A vezérműtengelyt kétféle profilú bütyökkel szerelték - az egyik ~ <4500 percenkénti fordulatszámig működött, majd átváltott a másik profilú bütyökre, amely a szelepeket magasabbra emelte és hosszabb ideig tartotta nyitva.
- Porsche VarioCam: A Porsche mérnökei is az 1991-es esztendőt választották annak a dátumnak, amikor bemutathatják változó szelepvezérlésű motorjaikat a 996-os Carrera, illetve 986-os Boxster autóikban. A rendszer még mindig az elektro-hidraulikus vezérműtengely elforgatáson alapult, de azt kiegészítették egy különleges, 3 profil képzésű vezérműtengellyel, és egy szelepemelővel.
- BMW VANOS és Valvetronic: 1992-ben a BMW az Alfa Romeo megoldásához hasonlóan elektro-hidraulikus megoldást választott, ez lett a VANOS. Később, a 2001-ben bemutatott Valvetronic rendszerben a vezérműtengely a szelepeket egy köztes himbán keresztül működteti, mely egy excenteren elmozdítható. Így a szelepek fokozatmentesen, 0 és 10 mm között hol kisebbet, hol nagyobbat nyitnak.
- Audi AVS: Az AUDI változó szelepvezérlése az "AVS" nevet kapta (Audi Valvelift System). Az AUDI mérnökeinek sikerült elkerülni a köztes szelepemelők alkalmazását. A szerkezet vezérműtengely bütyök profilok használatával valósította meg a szelepemelést 3 variációban: magas fordulatszámon 11 mm, alacsonyabb fordulatokon pedig 2-től 5,7 mm emelkedést produkálva.
- Fiat MultiAir: A MultiAir néven ismert rendszerben egy köztes darab szabályozásával lehet végtelen fokozatban állítani, egyenként a szelepek nyitási idejét, azok emelésének mértékét, akár függetlenítve a vezérműtengely állásától. Ezáltal már megszüntethető lett a pillangószelep.
BMW Valvetronic #2
A hidraulikus irányszabályozó szelepek szerepe
A szekvenciális és változó szelepvezérlő rendszerek működtetése elképzelhetetlen lenne precíz hidraulikus elemek nélkül. Az irányított vezérlőszelepek (DCV) a hidraulikus rendszerek kritikus elemei, amelyeket a hidraulikafolyadék áramlási útvonalának precíz szabályozására terveztek. Alapvető funkciójuk a működtető elemek mozgásának irányának, indításának és leállításának vezérlése kapcsolható áramlásirányító mechanizmusként.
A szelep működési elve a dinamikus orsókapcsoláson alapul. Ha műveletre van szükség, a DCV azonnali helyzetkapcsolót indít kézi, automatikus vagy előre beállított ciklusaktiválással. Ez azt okozza, hogy a folyadék gyorsan felgyorsul vagy lelassul, és az indítószerkezetet közvetlenül indítja vagy leállítja. Ha arányos szelepet használunk, az áramlás zökkenőmentesen szabályozható fokozatos nyitási modulációval, ami rugalmas gyorsítást és lassítást biztosít az aktuátornak.
Útszelepek csoportosítása és jellemzői
Az útszelepeket a csatlakozások és a működési helyzetek száma alapján határozzuk meg. Az alábbi táblázat összefoglalja a leggyakoribb típusokat és jellemzőiket:
| Szelep típus megnevezése | Csatlakozások száma | Pozíciók (helyzetek) száma | Elsődleges alkalmazási terület |
|---|---|---|---|
| 2/2-es útszelep | 2 | 2 | Egyszerű be- és kikapcsolás (pl. vízelzáró csap elve) |
| 3/2-es útszelep | 3 | 2 | Egyszeres működésű munkahengerek vezérlése |
| 5/2-es útszelep | 5 | 2 | Kettős működésű munkahengerek alapirányú vezérlése |
| 5/3-as útszelep | 5 | 3 | Kettős működésű munkahengerek precíz, háromállású vezérlése |
A DCV kiválasztásakor három kulcsfontosságú paramétert kell alaposan figyelembe venni: a folyadéknyílások száma határozza meg a csővezeték-csatlakozások méretét, a szelephelyzetek száma határozza meg az áramlási útvonal-konfigurációk összetettségét, és a nyomásértéknek szigorúan meg kell egyeznie a rendszer üzemi nyomásgörbéjével a megbízhatóság biztosítása érdekében.
Működtetési és vezérlési módok
Az irányított vezérlőszelepek különféle működtetési és szabályozási módszereket kínálnak, amelyek az alkalmazási követelményekhez igazodnak:
Jazz i-Shift automata tapasztalatok
- Mágneses működtetés: Elektromágneses erőt használ a precíz és megbízható szelepvezérlés érdekében.
- Kézi működtetés: Közvetlen emberi beavatkozást alkalmaz az egyszerű használat érdekében.
- Mechanikus működtetés: Az alkalmazott mechanikai erőre támaszkodik a szelep eltolásához.
- Pneumatikus működtetés: Sűrített levegőt használ a gyors és hatékony szelepváltáshoz szükséges erő létrehozásához.
- Hidraulikus működtetés: Hidraulikus vezérlőnyomást alkalmaz a szeleporsó mozgatásához.
A modern motorvezérlő rendszerek a fenti technológiák integrációjával érik el a szelepek szekvenciális és fokozatmentes szabályozását, biztosítva a maximális hatékonyságot, a csökkentett károsanyag-kibocsátást és az optimális teljesítményt minden fordulatszám-tartományban.