Jak działają układy zmiennej fazy zaworów (VVT) i ich wpływ na oszczędność paliwa

Dziesięciolecia temu konstruktorzy silników mieli święty graal – stworzyć silnik, który wytwarzałby największą moc dokładnie wtedy, kiedy była potrzebna, a w pozostałym czasie minimalizował zużycie paliwa i emisję spalin. Główny problem? Ustawienie fazy zaworów w tradycyjnych silnikach było stałe – co było kompromisem między momentem obrotowym na niskich obrotach a mocą na wysokich. Na scenę wkroczyła zmienna faza zaworów (VVT), czyli rewolucyjna technologia, która dynamicznie optymalizuje pracę silnika. Czas więc przyjrzeć się szczegółom, jak działa i jakie ogromne korzyści z tego wynikają.

Czym jest zmienna faza zaworów i jak poprawia efektywność silnika?

W uproszczeniu, VVT umożliwia silnikowi częściową kontrolę czasu oraz otwierania i zamykania zaworów dolotowych i/lub wydechowych w całym cyklu spalania. Systemy VVT mogą przesuwać moment zapłonu wałka rozrządu względem wału korbowego w przód (przed) lub w tył (opóźnienie), zamiast być ustalone w jednej pozycji, co wynika z stałego kąta wałka rozrządu względem wału korbowego.

Co jest w tym takiego potężnego? Optymalny moment otwarcia zaworów zmienia się w dużym stopniu w zależności od prędkości obrotowej i obciążenia silnika:

• Przy niskich obrotach: Istnieje możliwość w dużej mierze przezwyciężenia problemów z jakością biegu jałowego i momentem obrotowym przy niskich obrotach poprzez opóźnienie wałka dolotowego (zamykanie zaworu później).
• Przy wysokich obrotach: Zwiększa moc na wysokich obrotach poprzez wcześniejsze otwieranie zaworu dzięki wczesnemu zapłonowi wałka dolotowego.
• Efektywność: Działając przy niskich obciążeniach podczas jazdy w trybie ciągłym, straty pompy można zmniejszyć, a temperatury spalania obniżyć poprzez zatrzymanie obojętnych gazów wydechowych (wewnętrzne EGR) podczas określonego nakładania się (zarówno zawory dolotowe, jak i wydechowe są lekko otwarte), co bezpośrednio poprawia skuteczność zużycia paliwa.

VVT umożliwia również silnikowi swobodne oddychanie, jak tylko jest to możliwe, w każdym momencie, poprzez zmianę nastawy wałka rozrządu w czasie rzeczywistym zgodnie z potrzebami silnika – co oznacza, że każdy kropla paliwa jest wykorzystywana do maksimum.

Kluczowe elementy Vvt System: Zawory elektromagnetyczne, Ciśnienie Oleju, oraz Fazery Wałka Rozrządu

Czar VVT pojawia się w sposób synergiczny dzięki współpracy głównych komponentów:

1. Fazer Wałka Rozrządu: To właśnie tutaj zaczyna się cały proces i jest to część, która zostaje przymocowana do końca wałka rozrządu. Przypomina sprzęgło hydrauliczne i umożliwia nieco obrócić wałek rozrządu wcześniej (przed) lub później (po) względem jego podstawowej pozycji, w porównaniu do koła zębatego łańcucha/napędu. Wewnątrz znajdują się komory zawierające olej silnikowy, który reguluje ruch płynu.

2. Ciśnienie oleju silnikowego: Jest ono wymagane do wytworzenia mocy hydraulicznej w celu uruchomienia fazowacza wałka rozrządu. Czysty olej przy odpowiednim ciśnieniu stanowi podstawę systemu i zapewnia jego dokładność oraz niezawodność. Utrzymanie odpowiedniej jakości smarowania i oleju jest bardzo ważne dla żywotności układu VVT.

3. Zawór(y) elektromagnetyczny(ie): Są to zawory sterowane elektronicznie, które pełnią funkcję strażników bram. Wykorzystują one podgrzane olejem silnikowym do zasilania określonych przepływów w fazoczułowie zgodnie z instrukcjami jednostki sterującej silnikiem (ECU). Cewka elektromagnetyczna wybiera, do której komory ma zostać doprowadzone ciśnienie oleju, co pozwala na przyspieszenie lub opóźnienie nastawy wałka rozrządu.

Jednostka sterująca (ECU) odczytuje zawsze prędkość obrotową silnika, obciążenie, pozycję przepustnicy, temperaturę itp. Na podstawie skomplikowanych algorytmów jednostka ta określa optymalną nastawę wałka rozrządu możliwą do osiągnięcia w danych warunkach jazdy i wysyła odpowiednie polecenia do cewek elektromagnetycznych, aby ją uzyskać.

Real-world Korzyści: Jak VVT poprawia oszczędność paliwa i zmniejsza emisję spalin

Dynamiczna optymalizacja związana z VVT przekłada się na praktyczne korzyści w codziennym użytkowaniu:

• Znacznie Poprawiona Osłonność Paliwa: To jest korzyść wynikająca z zastosowania systemu VVT. Systemy VVT mają potencjał znacznego zwiększenia efektywności zużycia paliwa dzięki redukcji strat przepływu (szczególnie spowodowanych wewnętrznym EGR przy częściowym otwarciu przepustnicy), optymalizacji napełniania cylindrów w szerszym zakresie prędkości obrotowych oraz wyższym stopniu sprężania. Poziom tej poprawy szacuje się zwykle na 5-10 procent lub więcej w porównaniu do podobnego silnika bez VVT.
• Zmniejszone emisje: Maksymalne temperatury spalania są znacznie obniżone dzięki zoptymalizowanemu spalaniu i zastosowaniu wewnętrznego EGR. Skutkuje to bezpośrednim zmniejszeniem produkcji szkodliwych tlenków azotu (NOx). Większa pełność i efektywność spalania prowadzą również do obniżenia emisji węglowodorów (HC) i tlenku węgla (CO), co pomaga silnikom spełniać surowe normy ochrony środowiska.
• Zwiększona Moc i Moment Obrotowy: VVT poszerza zakres momentu obrotowego silnika, zapewniając większą moc w zakresie niskich obrotów, lepszą zdolność ciągową oraz komfort jazdy dzięki bardziej reaktywnej mocy w wyższych zakresach obrotów, co daje bardziej użyteczne i przyjazne dla kierowcy wrażenia na drodze i poza nią.
• Ulepszona jakość pracy na biegu jałowym: Dokładniejsze sterowanie nakładaniem się zaworów na biegu jałowym pomaga poprawić płynność pracy i stabilność silnika.

Precyzyjna inżynieria dla Szczyt Wydajność

Technologia VVT jest dowodem na wspaniałą złożoność konstrukcji najnowszych silników. Podkreśla również znaczenie komponentów o wysokiej jakości dla układu rozrządu, ponieważ opiera się ona na precyzyjnie sterowanych układach hydraulicznych, czułych cewkach elektromagnetycznych oraz trwałych fazownikach wałka rozrządu. Pozwoli to na płynną koordynację tych czynników, tak aby silniki mogły sprytnie „oddychać”, zapewniając moc, na którą kierowcy polują, wraz z niezbędnymi oszczędnościami w zużyciu paliwa i ochroną środowiska. Jest to podstawowa technologia w tworzeniu czystszych, mocniejszych i bardziej opłacalnych silników. Projektowanie i produkcja kluczowych komponentów układu rozrządu z absolutną dokładnością wymiarową ma kluczowe znaczenie dla wytwarzania złożonych systemów, które będą w stanie zapewnić pełną niezawodność przez cały okres eksploatacji silnika. Firmy skupiające się na produkcji podstawowych części silników muszą przyczyniać się do rozwoju tej wysokiej technologii, oferując produkty i działanie o niezawodnej jakości.