Változtatható Szelepvezérlés (VVT) – Működési Elv és Előnyei
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.
Szabványos eloszlásnál az időzítést a geometriája adja, a szelepek mozgása pedig szorosan kapcsolódik a főtengely helyzetéhez.
A szelepek nyitásának és zárásának pillanata azonban jelentősen befolyásolja a hengerek feltöltésének minőségét a motor fordulatszámától függően.
Változtatható szelepidőzítéssel lehetőség van az emelés, a szelep nyitási nyomatékának vagy a szelepnyitási időnek, illetve az említett paraméterek kombinációjának szabályozására a főtengely állástól függetlenül.
Változó szelepvezérlés nélkül a motor teljesítménye egy bizonyos fordulatszám-tartományra van optimalizálva, más tartományokban a motor nem a leghatékonyabban működik.
A megoldás a szelepnyitás és zárás időzítésének változtatása a motorfordulatszám függvényében.
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 Változtatható Szelepidőzítés Mechanizmusai és Hatásai
A vezérműtengely állítása a szelepek nyitásának idejét szabályozza, az üzemi feltételeknek megfelelően. Ezáltal optimális gázcsere érhető el különböző fordulatszámokon és különböző motorterhelés mellett.
Grande Punto EGR szelep problémák
- Késleltetett szívószelep-zárás: Ha a szívószelep a szokásosnál kicsit tovább marad nyitva, a dugattyú a kompressziós löket során a levegőt kinyomja a hengerből és vissza a szívócsőbe. A késleltetett szelepzárás 40%-kal csökkenti a szívószivattyú veszteségeit terhelés közben, és 24%-kal csökkenti a nitrogén-oxid-kibocsátást.
- Korai szívószelep-zárás: Az alacsony motorfordulatszámmal összefüggő szivattyúzási veszteségek csökkentésének másik módja a nagy vákuum létrehozása a szívószelep szokásosnál korábbi zárásával. Alacsony fordulatszámon és terhelésen a motor üzemanyag- és levegőigénye alacsony, a henger feltöltéséhez szükséges munka pedig viszonylag magas, így a szívószelep idő előtti zárása nagymértékben csökkenti a szivattyúzási veszteségeket. A szívószelepek idő előtti zárása 40%-kal csökkenti a szivattyúzási veszteségeket és 7%-kal csökkenti az üzemanyag-fogyasztást.
- Korai szívószelep-nyitás: A károsanyag-kibocsátás csökkentésének másik módja a szívószelep idő előtti kinyitása.
- Kipufogószelep optimalizálás: A kipufogószelep segítségével a károsanyag-kibocsátást is csökkenthetjük. Amikor a kipufogószelep kinyílik, a dugattyú a kipufogógázokat kifelé nyomja a hengerből a kipufogócsőbe. Ha a kipufogószelep a szokásosnál hosszabb ideig van nyitva, a henger jobban kiürül, és így készen áll arra, hogy több üzemanyaggal és levegővel töltsék fel a szívólöket során, lehetővé téve a motor számára, hogy nagyobb teljesítményt termeljen.
A változó vezérlések sok esetben képesek úgy működni, hogy részterhelésnél a kipufogási ütem után égéstermékek maradnak a hengerben, - ezzel hasonló hatást érnek el, mint a kipufogógáz-visszavezetéssel, tehát csökken a szívási veszteség és a nitrogénoxid-kibocsátás.
A változtatható szelepvezérlést főként szikragyújtású motorokban használják. Ezek a motorok ugyanis szélesebb fordulatszám-tartományban dolgoznak, ezért a változó szelepvezérlésű technológia alkalmazása hatékonyabb és logikusabb.
A benzinmotorok mellett a változó időzítésű technológiát a dízelmotoroknál is kezdik alkalmazni, elsősorban az egyre szigorodó emissziós normák miatt.
Valve Timing Diagram
Különböző Gyártók Megoldásai és Technológiai Megnevezéseik
A különböző gyártók különböző technológiát alkalmaznak a változó szelepidőzítés megvalósítására. Az autógyártók a különböző technológiák mellett eltérő jelöléseket is használnak motorjaikra, amelyek változó időzítéssel vannak felszerelve.
| Rendszer neve | Gyártó | Fő elv | Fő előny/jellemző | Hátrány/Kompromisszum |
|---|---|---|---|---|
| VTEC | Honda | Kétféle bütyökprofil a vezérműtengelyen, fordulatszámtól függő váltás. | Nagyobb teljesítmény magas fordulatszámon, alacsony fordulatszámon nyomaték. | Kettős személyiségű motor, hirtelen átmenet, közúton hátrányos lehet a magas fordulatszám igény. |
| Folyamatos VVT | Több | Vezérműtengely elfordítása a szelepnyitás és zárás idejének változtatásához. | Optimális gázcsere különböző fordulatszámokon. | Nem változtatja a szelepnyitás időtartamát és magasságát. |
| VVTL-i (kombinált) | Toyota | Folyamatos VVT és dupla bütykök kombinációja (Hasonló a VTEC-hez). | Növeli az alacsony fordulatszámon elérhető nyomatékot és a magas fordulatszámon kitaposható teljesítményt. | (A szöveg nem emeli ki külön hátrányát.) |
| VVC | Rover | A szelepnyitás és zárás idejét, valamint a nyitás időtartamát fokozatmentesen szabályozza. | Folyamatosan ideális szelepbeállítások, vezethetőbb autó, nő a nyomaték kis fordulatszámon. | Nem változtatja a szelepnyitás magasságát, emiatt csúcsteljesítményben elmarad a VTEC mögött. |
| Valvetronic | BMW | Vezérműtengely köztes himbán keresztül, excenterrel mozgatható középponttal, szelepmagasság és időtartam változtatás. | Szinte tökéletesen adagolható levegő, pillangószelep nélküli működés, erősebb és takarékosabb. | (A szöveg nem emel ki hátrányt, sőt, rendkívül pozitívan írja le.) |
Honda VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control)
Mi a VTEC?
Elsősorban biztosan nem V-tech ahogy sokan írják, mert az egy magyar fiúzenekar, és nem sok közük van a Honda motorokhoz.
A VTEC a Honda CBR 400-as motorból eredő technológia (ott még REV volt, azaz modulált szelepvezérlés).
Jelentése: Variable Valve Timing and Lift Electronic Control, mely nem más mint egy változó szelepvezérlés.
Ez volt az első ilyen rendszer melyet motoriparban használtak. A Honda mérnöke Ikuo Kajitani találta fel.
A négyütemű motoroknál használt technológia lényege, hogy a szívó és kipufogó oldali szelepvezérlés állítódik. Ezt a vezérműtengely szabályozza.
Működésüket a legegyszerűbben megérteni úgy lehet, ha elképzeljük a vezérműtengelyt, melyen kétféle formájú bütykök mozgatják a szelepeket.
Megfelelő fordulatszám, és olajnyomás esetén egy szelep kinyit, és megváltoztatja a szelepek időzítését, ezzel nagyobb erejű égést előidézve.
Lényegében ameddig ez a szelep zárva van, addig a két szélső vezérműtengely bütyök állítja a szelepek nyitását, ám mikor a VTEC szelep aktiválódik, a középső nagyobb bütyök veszi át ennek feladatát, azáltal, hogy összeköttetésbe kerül a két szélsővel (megvalósítása a lenti videókon jól látható), így már csak a középső nagyobb "bütyök" mérete lesz a meghatározó.
Az egyik kb. 4500-as fordulatig működik, majd a motorelektronika átvált a másik formára, mely magasabbra emeli, és hosszabban tartja nyitja a szelepeket. A Honda a 80-as években mutatta be VTEC motorjait.
Ez a rendszer, bár az alacsony fordulatszámon elérhető nyomatékot és a magas fordulatszámon kitaposható teljesítményt is növeli, mégis alapvetően kettős személyiségű motort eredményez.
Amíg a második sor bütyök át nem veszi az alap szett szerepét, a motor visszafogott, utasaink a fejüket csóválják, hogy minden összekuporgatott pénzünket erre az érezhetően nem túl különleges autóra költöttük.
Amint azonban a motorvezérlő elektronika úgy dönt, elvonási tünetekben szenvedő motorunk megkaphatja előírt oxigénadagját, elszabadul a pokol.
Bármennyire élvezetes az átalakulás, a maximális teljesítmény csak akkor kamatoztatható, ha a fordulatszámmérőről leolvasható érték rettentően magas.
Két dolog közül választhatunk tehát: vagy az ideális 5000 és 9000 közötti fordulatszám-tartományban tartjuk a motort, vagy pedig felváltunk. Ezzel leesik a fordulatszám, és autónk máris tuningladák martalékává válik.
Belátható, hogy egy ilyen rendszernek közúton akadnak éppen hátulütői.
Valve Timing Diagram
Folyamatosan Változó Szelepvezérlési Rendszerek
Ezt a hátrányt küszöbölik ki a folyamatosan változó szelepvezérlésű motorok.
Az egyszerűbbek a fordulatszám változásával arányosan folyamatosan kissé elforgatják a vezérműtengelyt, vagyis a szelepek korábban vagy később nyílnak és záródnak.
A rendszer hátránya, hogy sem a szelepnyitás időtartamát, sem a magasságát nem változtatja.
A szívóoldalai vezérműtengely helyzetének megváltoztatásával befolyásolhatjuk a szívószelepek nyitási idejét.
Egyre több gyártó készít olyan motorokat, melyeken számítógép figyeli a gyorsítás mértékét, a fordulatszámot, és ezen értékek figyelembe vételével határozza meg a szelepnyitási-, és zárási időt.
Elsősorban a szívószelepeknél alkalmazzák, de előfordul, hogy a kipufogószelepeknél is közbeavatkozik. (BMW Double Vanos).
Ezért egyes gyártók ötvözik a két megoldást, és a folyamatosan változó szelepvezérlést párosítják a VTEC motorokból ismert dupla vezérlőtengely-bütykökkel (Toyota VVTL-i motorok - Celica GT-S).
Egyes gyártók nemcsak a szelepek nyitásának és zárásának idejét szabályozzák, hanem a szelepnyitás mértékét is.
Rover VVC Motorok
Mindenesetre a motorvezérlő elektronika nemcsak a szelepnyitás és zárás idejét, hanem a nyitás időtartamát is fokozatmentesen szabályozza.
Ennek eredményeképpen elmarad a fent leírt brutális átalakulás, a motor folyamatosan ideális szelepbeállításokkal működik.
Kis fordulatszámon nő a nyomaték, vezethetőbb az autó, nagy fordulatszámon pedig vágtára készen várakozik a szilaj ménes.
A Rover mérnökei azonban még nem dőlhetnek hátra, egy dolgot ugyanis nem terveztek bele láthatóan okos motorjukba: a szelepnyitás magasságát nem változtatja a VVC motor.
Emiatt csúcsteljesítményben elmarad a VTEC mögött.
BMW Valvetronic Rendszer
A BMW úgy döntött, a számítógép kezébe adja a szelepek mozgatásának ügyét.
A Valvetronic rendszerben a vezérműtengely a szelepeket egy köztes himba segítségével nyomkodja, amelynek a közepe egy excenteren ide-oda mozgatható.
A végeredmény: a szelepek hol alig, hol óriásit nyitnak, néha sokáig, néha csak egészen rövid ideig, egyszer hamar kezdik a dolgukat, másszor később.
A hengerfej fizikai korlátai között így szinte tökéletesen adagolható a beszívott levegő mennyisége, és igen jól üríthetők a kipufogógázok robbanás után az egéstérből.
Mi több, a szívócsőbe nem is kell többé pillangószelep, emiatt pedig nemcsak erősebb, de még takarékosabb is lehet a valvetronicos motor.