Τι είναι ο χρονισμός βαλβίδων και πώς λειτουργούν

Ο σχεδιασμός του τετράχρονου κινητήρα, ο οποίος λειτουργεί με βάση την αρχή της απελευθέρωσης ενέργειας κατά την καύση ενός μίγματος καυσίμου και καυσίμου, περιλαμβάνει έναν σημαντικό μηχανισμό, χωρίς τον οποίο η μονάδα δεν μπορεί να λειτουργήσει. Αυτός είναι ένας μηχανισμός χρονισμού ή διανομής αερίου.

Στους περισσότερους τυπικούς κινητήρες, τοποθετείται στην κυλινδροκεφαλή. Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη δομή του μηχανισμού περιγράφονται στο ξεχωριστό άρθρο... Τώρα ας επικεντρωθούμε στο τι είναι ο χρονισμός της βαλβίδας, καθώς και στον τρόπο με τον οποίο η εργασία του επηρεάζει τους δείκτες ισχύος του κινητήρα και την αποδοτικότητά του.

Τι είναι ο χρονισμός βαλβίδας κινητήρα

Εν συντομία για τον ίδιο τον μηχανισμό χρονισμού. Ο στροφαλοφόρος άξονας μέσω ενός ιμάντα κίνησης (σε πολλούς σύγχρονους κινητήρες εσωτερικής καύσης, μια αλυσίδα εγκαθίσταται αντί ενός ελαστικού ιμάντα) συνδέεται με εκκεντροφόρος άξονας. Όταν ο οδηγός εκκινεί τον κινητήρα, η μίζα στρέφει το σφόνδυλο. Και οι δύο άξονες αρχίζουν να περιστρέφονται συγχρόνως, αλλά σε διαφορετικές ταχύτητες (βασικά, σε μια περιστροφή του εκκεντροφόρου άξονα, ο στροφαλοφόρος άξονας κάνει δύο περιστροφές).

Υπάρχουν ειδικές κάμερες σε σχήμα σταγονιδίου στον εκκεντροφόρο άξονα. Καθώς η δομή περιστρέφεται, το έκκεντρο σπρώχνει το στέλεχος της βαλβίδας με ελατήριο. Η βαλβίδα ανοίγει, επιτρέποντας στο μείγμα καυσίμου / αέρα να εισέλθει στον κύλινδρο ή να εξάγει στην πολλαπλή εξαγωγής.

Η φάση κατανομής αερίου είναι ακριβώς η στιγμή που η βαλβίδα αρχίζει να ανοίγει την είσοδο / έξοδο μέχρι τη στιγμή που κλείνει εντελώς. Κάθε μηχανικός που εργάζεται για την ανάπτυξη μιας μονάδας ισχύος υπολογίζει το ύψος ανοίγματος της βαλβίδας, καθώς και πόσο θα παραμείνει ανοιχτό.

Επίδραση χρονισμού βαλβίδας στη λειτουργία του κινητήρα

Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα, η διανομή αερίου πρέπει να ξεκινά νωρίτερα ή αργότερα. Αυτό επηρεάζει την απόδοση της μονάδας, την οικονομία της και τη μέγιστη ροπή. Αυτό συμβαίνει επειδή το έγκαιρο άνοιγμα / κλείσιμο των πολλαπλών εισαγωγής και εξαγωγής είναι το κλειδί για να αξιοποιήσετε στο έπακρο την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την καύση του HVAC.

Εάν η βαλβίδα εισαγωγής αρχίσει να ανοίγει σε διαφορετική στιγμή όταν το έμβολο εκτελεί τη διαδρομή εισαγωγής, τότε θα εμφανιστεί μια άνιση πλήρωση της κοιλότητας του κυλίνδρου με φρέσκο ​​τμήμα αέρα και το καύσιμο θα αναμιχθεί χειρότερα, γεγονός που θα οδηγήσει σε ατελή καύση του μείγματος.

Όσον αφορά τη βαλβίδα εξαγωγής, θα πρέπει επίσης να ανοίγει όχι νωρίτερα από το έμβολο που καταλαμβάνει το κάτω νεκρό κέντρο, αλλά όχι αργότερα μετά την έναρξη της ανοδικής διαδρομής του. Στην πρώτη περίπτωση, η συμπίεση θα πέσει και με αυτόν ο κινητήρας θα χάσει ισχύ. Στο δεύτερο, τα προϊόντα καύσης με κλειστή βαλβίδα θα δημιουργήσουν αντίσταση για το έμβολο, το οποίο έχει αρχίσει να αυξάνεται. Αυτό είναι ένα επιπλέον φορτίο του μηχανισμού στροφαλοφόρου, που μπορεί να προκαλέσει ζημιά σε ορισμένα από τα μέρη του.

Για επαρκή λειτουργία της μονάδας ισχύος, απαιτείται διαφορετικός χρονισμός βαλβίδας. Για μία λειτουργία, είναι απαραίτητο οι βαλβίδες να ανοίγουν νωρίτερα και να κλείνουν αργότερα, και για άλλους, το αντίστροφο. Η παράμετρος επικάλυψης έχει επίσης μεγάλη σημασία - εάν και οι δύο βαλβίδες θα ανοίξουν ταυτόχρονα.

Οι περισσότεροι τυπικοί κινητήρες έχουν σταθερό χρονισμό. Ένας τέτοιος κινητήρας, ανάλογα με τον τύπο του εκκεντροφόρου άξονα, θα έχει τη μέγιστη απόδοση είτε σε σπορ λειτουργία είτε με μετρούμενη οδήγηση σε χαμηλές ταχύτητες.

Σήμερα, πολλά αυτοκίνητα της μεσαίας και premium κατηγορίας είναι εξοπλισμένα με κινητήρες, το σύστημα διανομής αερίου των οποίων μπορεί να αλλάξει ορισμένες παραμέτρους ανοίγματος βαλβίδων, λόγω των οποίων η πλήρωση και ο εξαερισμός των κυλίνδρων υψηλής ποιότητας πραγματοποιείται σε διαφορετικές ταχύτητες στροφαλοφόρου άξονα.

Δείτε πώς πρέπει να γίνει ο χρονισμός σε διαφορετικές ταχύτητες κινητήρα:

1. Το ρελαντί απαιτεί τις λεγόμενες στενές φάσεις. Αυτό σημαίνει ότι οι βαλβίδες αρχίζουν να ανοίγουν αργότερα και ο χρόνος κλεισίματος, αντίθετα, είναι νωρίς. Δεν υπάρχει ταυτόχρονη κατάσταση ανοίγματος σε αυτήν τη λειτουργία (και οι δύο βαλβίδες δεν θα ανοίγουν ταυτόχρονα). Όταν η περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα έχει μικρή σημασία, όταν οι φάσεις αλληλεπικαλύπτονται, τα καυσαέρια μπορούν να εισέλθουν στην πολλαπλή εισαγωγής και έναν ορισμένο όγκο VTS στην εξάτμιση.
2. Η πιο ισχυρή λειτουργία - απαιτεί ευρείες φάσεις. Πρόκειται για έναν τρόπο κατά τον οποίο, λόγω της υψηλής ταχύτητας, οι βαλβίδες έχουν μικρότερη ανοιχτή θέση. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι κατά τη διάρκεια της αθλητικής οδήγησης, η πλήρωση και ο εξαερισμός των κυλίνδρων δεν λειτουργεί καλά. Για να διορθωθεί η κατάσταση, ο χρονισμός της βαλβίδας πρέπει να αλλάξει, δηλαδή, οι βαλβίδες πρέπει να ανοίξουν νωρίτερα και η διάρκεια τους σε αυτήν τη θέση πρέπει να αυξηθεί.

Κατά την ανάπτυξη του σχεδιασμού κινητήρων με μεταβλητό χρονισμό βαλβίδων, οι μηχανικοί λαμβάνουν υπόψη την εξάρτηση της ροπής ανοίγματος βαλβίδας από την ταχύτητα του στροφαλοφόρου. Αυτά τα εξελιγμένα συστήματα επιτρέπουν στον κινητήρα να είναι όσο το δυνατόν πιο ευέλικτο για διαφορετικά στυλ οδήγησης. Χάρη σε αυτήν την εξέλιξη, η μονάδα παρουσιάζει ένα ευρύ φάσμα δυνατοτήτων:

• Σε χαμηλές στροφές, ο κινητήρας πρέπει να είναι σφιχτός.
• Όταν οι στροφές αυξάνονται, δεν πρέπει να χάνουν δύναμη.
• Ανεξάρτητα από τον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα εσωτερικής καύσης, η οικονομία καυσίμου και η περιβαλλοντική φιλικότητα των μεταφορών πρέπει να έχουν το υψηλότερο δυνατό επίπεδο για μια συγκεκριμένη μονάδα.

Όλες αυτές οι παράμετροι μπορούν να αλλάξουν αλλάζοντας το σχεδιασμό των εκκεντροφόρων. Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση, η απόδοση του κινητήρα θα έχει το όριό της μόνο σε μία λειτουργία. Τι γίνεται με τον κινητήρα μπορεί να αλλάξει το προφίλ από μόνο του, ανάλογα με τον αριθμό στροφών του στροφαλοφόρου άξονα;

Μεταβλητός χρονισμός βαλβίδων

Η ίδια η ιδέα της αλλαγής του χρόνου ανοίγματος της βαλβίδας κατά τη λειτουργία της μονάδας ισχύος δεν είναι νέα. Αυτή η ιδέα εμφανίστηκε περιοδικά στο μυαλό των μηχανικών που εξακολουθούσαν να αναπτύσσουν ατμομηχανές.

Έτσι, μία από αυτές τις εξελίξεις ονομάστηκε γρανάζι Stevenson. Ο μηχανισμός άλλαξε τον χρόνο εισόδου ατμού στον κύλινδρο εργασίας. Το καθεστώς ονομαζόταν "ατμός". Όταν ενεργοποιήθηκε ο μηχανισμός, η πίεση ανακατευθύνθηκε ανάλογα με το σχεδιασμό του οχήματος. Για το λόγο αυτό, εκτός από τον καπνό, οι παλιές ατμομηχανές εκπέμπουν επίσης ρουφηξιά ατμού όταν το τρένο σταμάτησε.

Η εργασία με την αλλαγή χρονισμού βαλβίδων πραγματοποιήθηκε επίσης με τις μονάδες αεροσκαφών. Έτσι, ένα πειραματικό μοντέλο του κινητήρα V-8 της εταιρείας Clerget-Blin με χωρητικότητα 200 ίππους θα μπορούσε να αλλάξει αυτήν την παράμετρο λόγω του γεγονότος ότι ο σχεδιασμός του μηχανισμού περιλάμβανε έναν συρόμενο εκκεντροφόρο άξονα.

Και στον κινητήρα Lycoming XR-7755, τοποθετήθηκαν εκκεντροφόροι άξονες, στους οποίους υπήρχαν δύο διαφορετικές κάμερες για κάθε βαλβίδα. Η συσκευή είχε μηχανική κίνηση και ενεργοποιήθηκε από τον ίδιο τον χειριστή. Θα μπορούσε να επιλέξει μία από τις δύο επιλογές ανάλογα με το αν έπρεπε να πάρει το αεροπλάνο στον ουρανό, να ξεφύγει από το κυνήγι, ή απλά να πετάξει οικονομικά.

Όσο για την αυτοκινητοβιομηχανία, οι μηχανικοί άρχισαν να σκέφτονται για την εφαρμογή αυτής της ιδέας στη δεκαετία του 20 του περασμένου αιώνα. Ο λόγος ήταν η εμφάνιση κινητήρων υψηλής ταχύτητας που είχαν εγκατασταθεί σε σπορ αυτοκίνητα. Η αύξηση της ισχύος σε τέτοιες μονάδες είχε ένα ορισμένο όριο, αν και η μονάδα θα μπορούσε να ξετυλιχθεί ακόμη περισσότερο. Προκειμένου το όχημα να έχει περισσότερη ισχύ, στην αρχή μόνο ο όγκος του κινητήρα αυξήθηκε.

Ο πρώτος που εισήγαγε μεταβλητό χρονισμό βαλβίδων ήταν ο Lawrence Pomeroy, ο οποίος εργάστηκε ως επικεφαλής σχεδιαστής για την εταιρεία αυτοκινήτων Vauxhall. Δημιούργησε έναν κινητήρα στον οποίο εγκαταστάθηκε ένας ειδικός εκκεντροφόρος στον μηχανισμό διανομής αερίου. Ορισμένες από τις κάμερες του είχαν πολλά σύνολα προφίλ.

Ο τύπος H 4.4 λίτρων, ανάλογα με την ταχύτητα του στροφαλοφόρου άξονα και το φορτίο που βίωσε, θα μπορούσε να μετακινήσει τον εκκεντροφόρο κατά μήκος του διαμήκους άξονα. Λόγω αυτού, ο χρόνος και το ύψος των βαλβίδων άλλαξαν. Δεδομένου ότι αυτό το μέρος είχε περιορισμούς στην κίνηση, ο έλεγχος φάσης είχε επίσης τα όριά του.

Η Porsche συμμετείχε επίσης σε παρόμοια ιδέα. Το 1959, εμφανίστηκε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τους «ταλαντευόμενους εκκεντροφόρους» του εκκεντροφόρου άξονα. Αυτή η εξέλιξη έπρεπε να αλλάξει την ανύψωση της βαλβίδας, και ταυτόχρονα, την ώρα ανοίγματος. Η ανάπτυξη παρέμεινε στο στάδιο του έργου.

Ο πρώτος λειτουργικός μηχανισμός ελέγχου χρονισμού των βαλβίδων αναπτύχθηκε από τη Fiat. Η εφεύρεση αναπτύχθηκε από τον Giovanni Torazza στα τέλη της δεκαετίας του '60. Ο μηχανισμός χρησιμοποίησε υδραυλικούς προωθητήρες, οι οποίοι άλλαξαν το σημείο περιστροφής της βαλβίδας. Η συσκευή λειτούργησε ανάλογα με την ταχύτητα του κινητήρα και την πίεση στην πολλαπλή εισαγωγής.

Ωστόσο, το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής με μεταβαλλόμενες φάσεις GR ήταν από την Alfa Romeo. Το μοντέλο Spider του 1980 έλαβε έναν ηλεκτρονικό μηχανισμό που αλλάζει φάσεις ανάλογα με τους τρόπους λειτουργίας του κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Τρόποι αλλαγής της διάρκειας και του πλάτους του χρονισμού της βαλβίδας

Σήμερα υπάρχουν διάφοροι τύποι μηχανισμών που αλλάζουν τη στιγμή, το χρόνο και το ύψος του ανοίγματος της βαλβίδας:

1. Στην απλούστερη σχεδίασή του, είναι ένας ειδικός συμπλέκτης που είναι εγκατεστημένος στο μηχανισμό χρονισμού (phase shifter) Ο έλεγχος πραγματοποιείται χάρη στην υδραυλική επίδραση στον εκτελεστικό μηχανισμό και ο έλεγχος πραγματοποιείται από τα ηλεκτρονικά. Όταν ο κινητήρας βρίσκεται στο ρελαντί, ο εκκεντροφόρος είναι στην αρχική του θέση. Μόλις αυξηθούν οι στροφές, τα ηλεκτρονικά αντιδρούν σε αυτήν την παράμετρο και ενεργοποιούν το υδραυλικό σύστημα, το οποίο περιστρέφει τον εκκεντροφόρο ελαφρώς σε σχέση με την αρχική θέση. Χάρη σε αυτό, οι βαλβίδες ανοίγουν λίγο νωρίτερα, γεγονός που καθιστά δυνατή τη γρήγορη πλήρωση των κυλίνδρων με ένα νέο τμήμα BTC.
2. Αλλαγή του προφίλ της κάμερας. Πρόκειται για μια εξέλιξη που οι οδηγοί χρησιμοποιούν εδώ και πολύ καιρό. Η τοποθέτηση εκκεντροφόρου άξονα με μη τυπικές κάμερες μπορεί να κάνει τη μονάδα να λειτουργεί πιο αποτελεσματικά σε υψηλότερες σ.α.λ. Ωστόσο, τέτοιες αναβαθμίσεις πρέπει να πραγματοποιούνται από έναν έμπειρο μηχανικό, ο οποίος οδηγεί σε πολλά απόβλητα. Σε κινητήρες με το σύστημα VVTL-i, οι εκκεντροφόροι άξονες έχουν διάφορα σύνολα κάμερες με διαφορετικά προφίλ. Όταν ο κινητήρας εσωτερικής καύσης βρίσκεται στο ρελαντί, τα τυπικά στοιχεία εκτελούν τη λειτουργία τους. Μόλις ο στροφαλοφόρος άξονας περιστραφεί πέρα ​​από το σημάδι των 6 χιλιάδων, ο εκκεντροφόρος μετατοπίζεται ελαφρώς, λόγω του οποίου ένα άλλο σετ εκκέντρων τίθεται σε λειτουργία. Μια παρόμοια διαδικασία συμβαίνει όταν ο κινητήρας περιστρέφεται έως και 8.5 χιλιάδες και το τρίτο σετ εκκέντρων αρχίζει να λειτουργεί, γεγονός που καθιστά τις φάσεις ακόμη ευρύτερες.
3. Αλλαγή στο ύψος ανοίγματος της βαλβίδας. Αυτή η εξέλιξη σάς επιτρέπει να αλλάζετε ταυτόχρονα τους τρόπους λειτουργίας του χρονισμού, καθώς και να αποκλείετε τη βαλβίδα πεταλούδας. Σε αυτούς τους μηχανισμούς, πιέζοντας το πεντάλ γκαζιού ενεργοποιείται μια μηχανική συσκευή που επηρεάζει τη δύναμη ανοίγματος των βαλβίδων εισαγωγής. Αυτό το σύστημα μειώνει την κατανάλωση καυσίμου κατά περίπου 15 τοις εκατό και αυξάνει την ισχύ της μονάδας κατά την ίδια ποσότητα. Σε πιο μοντέρνους κινητήρες, δεν χρησιμοποιείται ένα μηχανικό, αλλά ένα ηλεκτρομαγνητικό ανάλογο. Το πλεονέκτημα της δεύτερης επιλογής είναι ότι τα ηλεκτρονικά μπορούν να αλλάζουν πιο αποτελεσματικά και ομαλά τους τρόπους ανοίγματος της βαλβίδας. Το ύψος ανύψωσης μπορεί να είναι σχεδόν ιδανικό και οι χρόνοι ανοίγματος μπορεί να είναι μεγαλύτεροι από ό, τι με τις προηγούμενες εκδόσεις. Μια τέτοια εξέλιξη, χάριν εξοικονόμησης καυσίμου, μπορεί ακόμη και να απενεργοποιήσει ορισμένους κυλίνδρους (μην ανοίξετε κάποιες βαλβίδες). Αυτοί οι κινητήρες ενεργοποιούν το σύστημα όταν σταματά το αυτοκίνητο, αλλά ο κινητήρας εσωτερικής καύσης δεν χρειάζεται να απενεργοποιηθεί (για παράδειγμα, σε φανό) ή όταν ο οδηγός επιβραδύνει το αυτοκίνητο με τον κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Γιατί να αλλάξετε το χρονισμό της βαλβίδας

Η χρήση μηχανισμών που αλλάζουν το χρονισμό της βαλβίδας επιτρέπει:

• Είναι πιο αποτελεσματική η χρήση του πόρου της μονάδας ισχύος σε διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας της.
• Αυξήστε την ισχύ χωρίς να χρειάζεται να εγκαταστήσετε έναν προσαρμοσμένο εκκεντροφόρο άξονα.
• Κάντε το όχημα πιο οικονομικό.
• Παρέχετε αποτελεσματικό γέμισμα και αερισμό κυλίνδρων σε υψηλές ταχύτητες.
• Αυξήστε την περιβαλλοντική φιλικότητα των μεταφορών λόγω της πιο αποτελεσματικής καύσης του μείγματος αέρα-καυσίμου.

Δεδομένου ότι οι διαφορετικοί τρόποι λειτουργίας του κινητήρα εσωτερικής καύσης απαιτούν τις δικές τους παραμέτρους χρονισμού βαλβίδας, χρησιμοποιώντας τους μηχανισμούς για την αλλαγή του FGR, το μηχάνημα μπορεί να αντιστοιχεί στις ιδανικές παραμέτρους ισχύος, ροπής, φιλικότητας προς το περιβάλλον και αποτελεσματικότητας. Το μόνο πρόβλημα που κανένας κατασκευαστής δεν μπορεί να λύσει μέχρι τώρα είναι το υψηλό κόστος της συσκευής. Σε σύγκριση με έναν τυπικό κινητήρα, ένα ανάλογο εξοπλισμένο με παρόμοιο μηχανισμό θα κοστίσει σχεδόν διπλάσιο.

Μερικοί αυτοκινητιστές χρησιμοποιούν μεταβλητά συστήματα χρονισμού βαλβίδων για να αυξήσουν την ισχύ του αυτοκινήτου. Ωστόσο, με τη βοήθεια ενός τροποποιημένου ιμάντα χρονισμού, είναι αδύνατο να συμπιεστεί το μέγιστο από τη μονάδα. Διαβάστε για άλλες δυνατότητες εδώ.

Εν κατακλείδι, προσφέρουμε ένα μικρό οπτικό βοήθημα για τη λειτουργία του συστήματος χρονισμού μεταβλητής βαλβίδας:

Σύστημα χρονισμού μεταβλητής βαλβίδας χρησιμοποιώντας το παράδειγμα CVVT

Ερωτήσεις και απαντήσεις:

Τι είναι ο χρονισμός της βαλβίδας; Αυτή είναι η στιγμή που η βαλβίδα (είσοδος ή έξοδος) ανοίγει / κλείνει. Αυτός ο όρος εκφράζεται σε βαθμούς περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα του κινητήρα.

ЧΤι επηρεάζει το χρονισμό της βαλβίδας; Ο χρονισμός της βαλβίδας επηρεάζεται από τον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα. Εάν δεν υπάρχει αλλαγή φάσης στον χρονισμό, τότε το μέγιστο αποτέλεσμα επιτυγχάνεται μόνο σε ένα συγκεκριμένο εύρος στροφών κινητήρα.

Σε τι χρησιμεύει το διάγραμμα χρονισμού της βαλβίδας; Αυτό το διάγραμμα δείχνει πόσο αποτελεσματικά γίνεται η πλήρωση, η καύση και ο καθαρισμός των κυλίνδρων σε ένα συγκεκριμένο εύρος στροφών. Σας επιτρέπει να επιλέξετε σωστά το χρονισμό της βαλβίδας.