Hur variabla ventiltidsstyrningssystem (VVT) fungerar och deras påverkan på bränsleekonomi

För decennier sedan hade motorkonstruktörer en idealbild, nämligen att skapa en motor som genererade maximal effekt när du behövde den och minimerade bränsleförbrukning och utsläpp i övriga fall. Det stora problemet? Ventiltidsstyrningen i traditionella motorer är fast, vilket innebär en avvägning mellan lågvarvstork och högvarvsprestanda. Här kommer variabel ventiltidsstyrning (VVT), en revolutionerande teknik som dynamiskt optimerar motorns andning. Så, ska vi gå djupare in på hur den fungerar och vilka stora fördelar den medför?

Vad är variabel ventiltidsstyrning och hur förbättrar den motorns effektivitet?

Med enkla ord, tillåter VVT en motor att delvis styra tidpunkten för öppning och stängning av insugnings- och/eller avgasventilerna under förbränningscykeln. VVT-system kan flytta ventiljusteringen i förhållande till vevaxeln framåt (avancera) eller bakåt (retardera) istället för att vara fast i en position som bestäms av kamaxelns fasta vinkel i förhållande till vevaxeln.

Vad är det som gör detta så kraftfullt? Den optimala tidpunkten för öppning av ventilerna varierar mycket i proportion till motorns varvtal och last:

• Vid låga varv: Det bör vara möjligt att åtminstone delvis överkomma problem med tomgångskvalitet och låg varvtalsmoment genom att retardera insugningskammen (stänga ventilen senare).
• Vid höga varv: Ökar toppkraften genom att öppna ventilen tidigare genom avancering av insugningskammen.
• Effektivitet: Vid körning med lätt cruising-belastning kan pumpförluster minskas och förbränningstemperaturen sänkas genom att hålla tillbaka de inerta mittgasmassorna (intern EGR) under ett specifikt överlapp (både insugnings- och avgasventilerna öppnas något) vilket direkt förbättrar bränsleeffektiviteten.

VVT behåller även motorns andning så bra som möjligt i alla situationer genom att i realtid justera kamaxelns tider enligt motorns behov – vilket innebär att varje droppe bränsle utnyttjas för att ge maximalt användbart arbete.

Huvudkomponenter för en VVT System: Spolar, Oljetryck och Kamfaserare

VVT:s magi sker på ett synergistiskt sätt mellan huvudkomponenter:

1. Kamfaserare: Det är här allt börjar och den del som är fäst vid kamaxelns ände. Den liknar en hydraulisk koppling och kan vrida kamaxeln något i förväg (avancera) eller bakåt (retardera) i förhållande till dess grundläggande position jämfört med tidtagningens kedja/rem. Inuti finns kammare med motorns olja som reglerar rörelsen av vätskan.

2. Motorns oljetryck: Detta krävs för att generera den hydrauliska kraften som aktiverar kamaxel-fasregleringen. Ren olja vid rätt tryck är systemets grundpelare och gör det exakt och tillförlitligt. Att upprätthålla rätt smörjning och oljakvalitet är mycket viktigt för VVT:s livslängd.

3. Magnetventil(er): Det här är de elektroniskt styrda ventiler som fungerar som portvakter. De använder tryckolja från motorn för att mata vissa kanaler i kamaxel-fasaren enligt instruktioner från motorstyrningenheten (ECU). Spolen väljer vilken kammare som ska få oljetrycket, vilket den gör för att antingen förskjuta eller fördröja kamaxeltidningen.

ECU läser alltid av motorns varvtal, last, gaspåslag, temperatur m.m. Den avgör den bästa kamaxeltidning den kan enligt de aktuella körningsförhållandena genom att använda komplicerade algoritmer och skickar sedan kommandon till spolarna för att uppnå detta.

Verklighetsanknuten Fördelar: Hur VVT förbättrar bränsleekonomi och minskar utsläpp

Den dynamiska optimering som VVT erbjuder översätts till praktiska fördelar i verkligheten:

• Betydligt förbättrad bränsleekonomi: Detta är fördelen med VVT-system. VVT-system har potential att öka bränsleeffektiviteten med en betydande mängd genom reducerade pumpförluster (särskilt på grund av intern EGR vid delgas), optimering av cylinderfyllning över ett bredare varvtalsområde och högre tillåtna kompressionsförhållanden. Denna förbättningsnivå uppskattas ofta till mellan 5-10 procent eller mer jämfört med en liknande motor utan VVT.
• Minskat utsläpp: De maximala förbränningstemperaturerna minskas avsevärt, förbränningen optimeras och intern EGR används. Detta leder direkt till minskad produktion av skadliga kväveoxider (NOx). Större fullständighet och effektivitet i förbränningen leder också till reducerade utsläpp av kolväten (HC) och kolmonoxid (CO), vilket hjälper motorerna att uppfylla strikta miljöstandarder.
• Ökad effekt och vridmoment: VVT utökar motorns vridmomentområde, vilket ger mer kraft i låg varvtal, bättre dragförmåga och enkelhet i körning med mer responsiv kraft i högre varvområden, vilket ger en mer användarvänlig och förarvänlig upplevelse både på och utanför vägen.
• Förbättrad tomgångskvalitet: Bättre reglering av ventilöverlapp vid tomgång hjälper till att förbättra både motorns jämnhet och stabilitet.

Precision Engineering för Höjdpunkt Prestanda

VVT-tekniken är ett bevis på den anmärkningsvärda komplexiteten i konstruktionen av de senaste motorerna. Den visar också vikten av komponenter av premiumkvalitet till ventilsystemet eftersom den är starkt beroende av välreglerad hydraulik, responsiva magnetventiler och slitstarka kamaxlar. Detta möjliggör en smidig samordning av dessa faktorer så att motorerna kan arbeta smart och samtidigt ge den kraft som förarna eftersträvar, med väsentliga vinster vad gäller bränsleekonomi och miljöansvar. Det är en grundläggande teknik för att kunna utveckla renare, starkare och mer kostnadseffektiva motorer. Att konstruera och tillverka kritiska ventildelar med absolut tolerans är centralt för att kunna tillverka komplexa system som kan uppnå sin fulla potential vad gäller tillförlitlighet under hela motorlivslängden. Företag som fokuserar på motorers kärndelar är nödvändiga för att bidra till denna högteknologiska utveckling genom att vara pålitliga vad gäller sina produkters kvalitet och prestanda.