Muuttuva venttiilin ajoitus: Kuinka tämä tekniikka toimii?
Muuttuva venttiilin ajoitus tai vaihtuva ajoitusjakauma on tekniikka, joka mahdollistaa nelitahtisen polttomoottorin parametrien optimoinnin, mikä lisää sen suorituskykyä ja vähentää polttoaineen kulutusta.
Säädettävällä venttiilin ajoituksella on mahdollista ohjata nostoa, venttiilin avautumismomenttia tai venttiilin avautumisaikaa tai mainittujen parametrien yhdistelmää kampiakselin asennosta riippumatta. Venttiilin ohjaus riippuu kuitenkin kierroksista, moottorin kuormituksesta ja muista tekijöistä.
Sisältö
Kuinka muuttuva venttiilin ajoitus toimii?
Vakiojakaumassa ajoitus määräytyy sen geometrian mukaan, ja venttiilien liike on tiukasti sidottu kampiakselin asentoon. Venttiilien avautuminen ja sulkeminen ovat siten muuttumattomia ja riippuvaisia mäntien liikkeestä.
Venttiilien avautumis- ja sulkeutumishetki vaikuttaa kuitenkin merkittävästi sylinterien täytön laatuun moottorin nopeudesta riippuen. Näin ollen nokka-akselin asetus muuttuu vaihtelevalla ajoituksella riippuen moottorin nopeudesta ja kuormituksesta.
Moottorin männät: miten ne toimivat?
Tyhjäkäynnillä ja korkealla kierrosluvulla imunokka-akseli on asetettu sulkemaan imuventtiili hieman normaalia myöhemmin, mikä auttaa moottoria käymään tasaisesti joutokäynnillä ja hyödyntämään tehoa suurilla moottorin nopeuksilla.
Pienillä ja keskinopeuksilla nokka-akseli on asetettu sulkemaan imuventtiili hieman tavallista aikaisemmin, mikä johtaa sylintereiden parempaan täyttöön ja parempaan vääntömomentin virtaukseen.
Venttiilin ajoituksen säätövaikutus
1. Imuventtiilin viivästynyt sulkeminen
Jos imuventtiili pysyy auki hieman normaalia pidempään, mäntä työntää ilmaa ulos sylinteristä ja takaisin imusarjaan puristustahdin aikana. Ulos työnnetty ilma täyttää imuputken korkeammalla paineella ja seuraavien iskujen aikana se imee tämän ilman takaisin palotilaan.
Viivästetty venttiilin sulkeutuminen vähentää imupumppaushäviöitä 40 % kuormituksen aikana ja vähentää typen oksidipäästöjä 24 %. Hiilivetypäästöt pysyvät ennallaan.
2. Imuventtiilin ennenaikainen sulkeminen
Toinen tapa vähentää moottorin alhaiseen käyntinopeuteen liittyviä pumppaushäviöitä on luoda suuri tyhjiö sulkemalla imuventtiili tavallista aikaisemmin. Tämä tarkoittaa imuventtiilin sulkemista imuiskun puolivälissä.
Alhaisilla nopeuksilla ja kuormituksilla moottorin polttoaine- ja ilmantarve on pieni ja sylinterin täyttämiseen vaadittava työ on suhteellisen korkea, joten ennenaikainen imuventtiilin sulkeminen vähentää huomattavasti pumppaushäviöitä. Imuventtiilien ennenaikainen sulkeminen vähentää pumppaushäviöitä 40 % ja polttoaineen kulutusta 7 %. Myös typpioksiduulipäästöt vähenevät 24 %.
3. Imuventtiilin ennenaikainen avaaminen
Toinen tapa vähentää päästöjä on avata imuventtiili ennenaikaisesti. Kun imuventtiili avataan tavallista aikaisemmin, osa palaneita pakokaasuja pakotetaan ulos sylinteristä imuventtiilin kautta.
Moottoriventtiili: Mikä sen tehtävä on?
Imusarjassa nämä pakokaasut jäähdytetään ympäröivällä ilmalla ja imetään takaisin sylinteritilaan seuraavan iskun aikana, mikä auttaa säätelemään sylinterin lämpötilaa ja typen oksidipäästöjä.
4. Pakoventtiilien aikainen/myöhäinen sulkeminen
Pakoventtiilin avulla voimme myös vähentää päästöjä. Kun pakoventtiili avautuu, mäntä työntää pakokaasut ulos sylinteristä pakosarjaan. Voimme hallita, kuinka paljon pakokaasua on jäljellä sylinterissä manipuloimalla pakoventtiilin ajoitusta.
Jos pakoventtiili on auki tavallista pidempään, sylinteri tyhjenee enemmän ja on siten valmis täytettäväksi enemmän polttoainetta ja ilmaa imuiskun aikana, jolloin moottori saa lisää tehoa. Jos pakoventtiili suljetaan hieman aikaisemmin, sylinteriin jää enemmän pakokaasuja, mikä vähentää päästöjen muodostumista.
Muuttuvan venttiilin ajoituksen edut
Säädettävää venttiilin ajoitustekniikkaa käytetään parantamaan sylinterinkannen vaihtoa mäntäpolttomoottorissa, mikä johtaa suurempaan tehoon, pienempään polttoaineenkulutukseen, pienemmiin päästöihin ja korkeaan vääntömomenttiin useilla moottorin nopeuksilla.
Säädettävää venttiilin ajoitusta käytetään pääasiassa kipinäsytytysmoottoreissa. Tämä johtuu siitä, että nämä moottorit toimivat laajemmalla kierroslukualueella, minkä vuoksi säädettävän venttiilin ajoitustekniikan käyttö on tehokkaampaa ja loogisempaa. Bensiinimoottorien perustavanlaatuinen haittapuoli on kaasun säätö, joka aiheuttaa niiden tehokkuuden laskun pienillä kuormituksilla.
Kaasuventtiili: Kuinka se toimii ja sen mahdolliset toimintahäiriöt
Venttiilien säädettävän ajoituksen ansiosta on mahdollista pienentää tai kokonaan irrottaa kuristusventtiili, mikä vähentää imusarjan pneumaattisia vastus-pumppaushäviöitä ja lisää siten moottorin täyttötehoa erityisesti pienillä kuormituksilla.
Bensiinimoottorien lisäksi muuttuvaa ajoitustekniikkaa aletaan soveltaa myös dieselmoottoreihin, mikä johtuu pääasiassa tiukentuvista päästönormeista. Mitsubishi kehitti vuonna 2010 ensimmäisen dieselmoottorin henkilöautoihin, joissa on muuttuva venttiilien ajoitus.
Muuttuvan venttiilin ajoituksen käyttö voi tuoda
- 10-30 % pienempi polttoaineenkulutus
- 10-15 % lisäys tehollisessa tehossa ja vääntömomentissa
- 20-25 % pienempi pakokaasupäästöjen tuotanto
Säädettävä venttiilin ajoitusrakenne
Eri valmistajat käyttävät erilaisia tekniikoita muuttuvan venttiilin ajoituksen toteuttamiseen. Rakenteellisesti muuttuva venttiilin ajoitus voidaan saavuttaa esimerkiksi seuraavilla tavoilla:
- mekaanisesti ohjatut nokka-akselit
- hydrauliset nokka-akselin siirtimet
- hydrauliventtiilien ohjaus
- sähkömagneettisesti ohjatut venttiilit
Säädettävällä venttiiliajoituksella varustettujen moottoreiden nimitys:
Erilaisten teknologioiden lisäksi autoyhtiöt käyttävät moottoreilleen erilaisia nimityksiä, jotka on varustettu vaihtelevalla ajoituksella. Tässä on joitain esimerkkejä:
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, Volkswagen Group)
VVT-i, VVTL-i (Toyota, Lexus)
VTVT (Hyundai, Kia)