Zmienne fazy rozrządu: jak działa ta technologia?
Zmienne fazy rozrządu, czyli zmienne fazy rozrządu, to technologia pozwalająca zoptymalizować parametry czterosuwowego silnika spalinowego, zwiększając tym samym jego osiągi i zmniejszając zużycie paliwa.
Przy zmiennych fazach rozrządu można sterować wzniosem, momentem otwarcia zaworu lub czasem otwarcia zaworu lub kombinacją tych parametrów, niezależnie od położenia wału korbowego. Jednak sterowanie zaworem zależy od obrotów, obciążenia silnika i innych czynników.
Spis treści
Jak działają zmienne fazy rozrządu?
W przypadku standardowego rozkładu rozrządu wynika z jego geometrii, a ruch zaworów jest ściśle powiązany z położeniem wału korbowego. Otwieranie i zamykanie zaworów jest więc niezmienne i zależne od ruchu tłoków.
Jednak moment otwierania i zamykania zaworów znacząco wpływa na jakość napełniania cylindrów w zależności od prędkości obrotowej silnika. Tak więc przy zmiennym rozrządzie ustawienie wałka rozrządu zmienia się w zależności od prędkości obrotowej silnika i obciążenia.
Tłoki silnika: Jak działają?
Na biegu jałowym i wysokich obrotach wałek rozrządu zaworów dolotowych jest ustawiony tak, aby zamykał zawór dolotowy nieco później niż normalnie, co pomaga silnikowi płynnie pracować na biegu jałowym i dobrze wykorzystywać moc przy wysokich prędkościach obrotowych.
Przy niskich i średnich prędkościach wałek rozrządu jest ustawiony na zamykanie zaworu dolotowego nieco wcześniej niż zwykle, co skutkuje większym wypełnieniem cylindrów i lepszym przepływem momentu obrotowego.
Efekt regulacji rozrządu
1. Opóźnione zamknięcie zaworu dolotowego
Jeśli zawór wlotowy pozostaje otwarty nieco dłużej niż zwykle, tłok wypycha powietrze z cylindra iz powrotem do kolektora dolotowego podczas suwu sprężania. Wypychane powietrze napełnia rurę dolotową wyższym ciśnieniem i podczas kolejnych suwów zasysa je z powrotem do komory spalania.
Opóźnione zamykanie zaworu zmniejsza straty podczas pompowania ssania o 40% podczas obciążenia i zmniejsza emisję tlenków azotu o 24%. Emisje węglowodorów pozostają niezmienione.
2. Przedwczesne zamknięcie zaworu ssącego
Innym sposobem zmniejszenia strat pompowania związanych z niską prędkością obrotową silnika jest wytworzenie wysokiego podciśnienia poprzez wcześniejsze niż zwykle zamknięcie zaworu dolotowego. Obejmuje to zamknięcie zaworu wlotowego w połowie suwu wlotowego.
Przy niskich prędkościach i obciążeniach zapotrzebowanie silnika na paliwo i powietrze jest niskie, a praca wymagana do napełnienia cylindra jest stosunkowo duża, więc przedwczesne zamknięcie zaworu dolotowego znacznie zmniejsza straty podczas pompowania. Przedwczesne zamykanie zaworów dolotowych zmniejsza straty pompowania o 40% i zużycie paliwa o 7%. Emisje podtlenku azotu są również zmniejszone o 24%.
3. Przedwczesne otwarcie zaworu dolotowego
Innym sposobem na ograniczenie emisji jest przedwczesne otwieranie zaworu dolotowego. Otwarcie zaworu wlotowego wcześniej niż zwykle powoduje wypchnięcie części spalonych spalin z cylindra przez zawór wlotowy.
Zawór silnika: jaka jest jego funkcja?
W kolektorze dolotowym te spaliny są schładzane przez otaczające powietrze i zasysane z powrotem do przestrzeni cylindrów podczas następnego suwu, co pomaga regulować temperaturę cylindra i emisję tlenków azotu.
4. Wczesne/późne zamykanie zaworów wydechowych
Za pomocą zaworu wydechowego możemy również ograniczyć emisje. Kiedy zawór wydechowy otwiera się, tłok wypycha spaliny na zewnątrz z cylindra do kolektora wydechowego. Możemy kontrolować, ile spalin pozostaje w cylindrze, manipulując rozrządem zaworu wydechowego.
Jeśli zawór wydechowy jest otwarty dłużej niż zwykle, cylinder jest opróżniany bardziej, a tym samym gotowy do napełnienia większą ilością paliwa i powietrza podczas suwu ssania, umożliwiając silnikowi uzyskanie większej mocy. Jeśli zawór wydechowy zostanie zamknięty nieco wcześniej, w cylindrze pozostaje więcej spalin, co zmniejsza powstawanie emisji.
Zalety zmiennych faz rozrządu
Technologia zmiennych faz rozrządu jest stosowana w celu usprawnienia wymiany głowic cylindrów w tłokowych silnikach spalinowych, co skutkuje wyższą mocą, niższym zużyciem paliwa, niższymi emisjami i wysokim momentem obrotowym w szerokim zakresie prędkości obrotowych silnika.
Zmienne fazy rozrządu stosowane są głównie w silnikach o zapłonie iskrowym. Dzieje się tak, ponieważ silniki te pracują w szerszym zakresie obrotów, dlatego zastosowanie technologii zmiennych faz rozrządu jest bardziej wydajne i logiczne. Podstawową wadą silników benzynowych jest regulacja przepustnicy, która powoduje spadek ich sprawności przy małych obciążeniach.
Przepustnica: Jak to działa i jego możliwe awarie
Dzięki zmiennemu rozrządowi zaworów możliwe jest zmniejszenie lub całkowite wyeliminowanie zaworu dławiącego, co zmniejsza opory pneumatyczno-pompujące straty w kolektorze dolotowym, a tym samym zwiększa wydajność napełniania silnika, zwłaszcza przy małych obciążeniach.
Poza silnikami benzynowymi technologia zmiennych faz rozrządu zaczyna być stosowana także w silnikach wysokoprężnych, głównie ze względu na coraz bardziej zaostrzane normy emisji. Pierwszy silnik wysokoprężny do samochodów osobowych ze zmiennymi fazami rozrządu został opracowany przez Mitsubishi w 2010 roku.
Zastosowanie zmiennych faz rozrządu może przynieść
- 10-30% redukcja zużycia paliwa
- 10-15% wzrost efektywnej mocy i momentu obrotowego
- 20-25% redukcja emisji spalin
Konstrukcja ze zmiennymi fazami rozrządu
Różni producenci stosują różne technologie do wdrażania zmiennych faz rozrządu. Strukturalnie zmienne fazy rozrządu można uzyskać na przykład w następujący sposób:
- wałek rozrządu sterowany mechanicznie
- hydrauliczne popychacze wałka rozrządu
- hydrauliczne sterowanie zaworami
- zawory sterowane elektromagnetycznie
Oznaczenie silników wyposażonych w zmienne fazy rozrządu:
Oprócz różnych technologii, firmy samochodowe stosują również różne oznaczenia swoich silników, które są wyposażone w zmienny rozrząd. Oto kilka przykładów:
AVCS (Subaru)
AVLS (Subaru)
CVTCS (Nissan, Infiniti)
CVVT (Alfa Romeo, Citroën, Hyundai, Kia, Peugeot, Renault, Volvo)
DCVCP (General Motors)
MIVEC (Mitsubishi)
MultiAir (Fiat)
N-VCT (Nissan)
S-VT (Mazda)
Ti-VCT (Ford)
VANOS (BMW)
VarioCam (Porsche)
VCT (Ford)
VTEC, i-VTEC (Honda)
VVL (Nissan)
Valvelift (Audi)
VVEL (Nissan)
VVT (Chrysler, General Motors, Suzuki, Grupa Volkswagen)
VVT-i, VVTL-i (Toyota, Lexus)
VTVT (Hyundai, Kia)