Ce sunt sincronizarea supapelor și cum funcționează acestea

Proiectarea motorului în patru timpi, care funcționează pe principiul eliberării de energie în timpul arderii unui amestec de combustibil și combustibil, include un mecanism important, fără de care unitatea nu poate funcționa. Acesta este un mecanism de sincronizare sau de distribuție a gazului.

În majoritatea motoarelor standard, este instalat în chiulasă. Mai multe detalii despre structura mecanismului sunt descrise în articol separat... Acum ne vom concentra asupra a ceea ce este sincronizarea supapei, precum și asupra modului în care activitatea sa afectează indicatorii de putere ai motorului și eficiența acestuia.

Ce este sincronizarea supapei motorului

Pe scurt despre mecanismul de sincronizare în sine. Arborele cotit printr-o transmisie cu curea (în multe motoare moderne cu ardere internă, este instalat un lanț în locul unei curele cauciucate) este conectat la arbore cu came. Când șoferul pornește motorul, demarorul pornește volantul. Ambele arbori încep să se rotească sincron, dar la viteze diferite (practic, la o rotație a arborelui cu came, arborele cotit face două rotații).

Pe arborele cu came există came speciale în formă de picătură. Pe măsură ce structura se rotește, camera împinge împotriva tijei supapei cu arc. Supapa se deschide, permițând amestecului aer-combustibil să pătrundă în cilindru sau să evacueze în galeria de evacuare.

Faza de distribuție a gazului este tocmai momentul în care supapa începe să deschidă intrarea / ieșirea înainte de momentul în care este complet închisă. Fiecare inginer care lucrează la dezvoltarea unei unități de putere calculează care ar trebui să fie înălțimea de deschidere a supapei, precum și cât timp va rămâne deschisă.

Influența sincronizării supapei asupra funcționării motorului

În funcție de modul în care funcționează motorul, distribuția gazului ar trebui să înceapă fie mai devreme, fie mai târziu. Acest lucru afectează eficiența unității, economia sa și cuplul maxim. Acest lucru se datorează faptului că deschiderea / închiderea în timp util a colectoarelor de admisie și evacuare este esențială pentru a profita la maximum de energia eliberată în timpul arderii HVAC.

Dacă supapa de admisie începe să se deschidă într-un moment diferit în care pistonul efectuează cursa de admisie, atunci va avea loc o umplere inegală a cavității cilindrului cu o porție proaspătă de aer, iar combustibilul se va amesteca mai rău, ceea ce va duce la arderea incompletă a amestecului.

În ceea ce privește supapa de evacuare, aceasta ar trebui, de asemenea, să se deschidă nu mai devreme de momentul în care pistonul ajunge la punctul mort de jos, dar nu mai târziu de după ce a început cursa ascendentă. În primul caz, compresia va scădea și, odată cu aceasta, motorul va pierde puterea. În al doilea, produsele de ardere cu o supapă închisă vor crea rezistență pentru piston, care a început să crească. Aceasta este o sarcină suplimentară asupra mecanismului manivelei, care poate deteriora unele părți ale acestuia.

Pentru o funcționare adecvată a unității de putere, este necesară o sincronizare diferită a supapei. Pentru un mod, este necesar ca supapele să se deschidă mai devreme și să se închidă mai târziu, iar pentru altele, invers. Parametrul de suprapunere are, de asemenea, o mare importanță - dacă ambele supape vor fi deschise simultan.

Majoritatea motoarelor standard au o sincronizare fixă. Un astfel de motor, în funcție de tipul arborelui cu came, va avea o eficiență maximă, fie în modul sport, fie cu o conducere măsurată la turații mici.

Astăzi, multe mașini din segmentul mediu și premium sunt echipate cu motoare, al căror sistem de distribuție a gazului poate modifica unii parametri ai deschiderii supapei, datorită cărora umplerea și ventilația de înaltă calitate a cilindrilor are loc la viteze diferite ale arborelui cotit.

Iată cum trebuie efectuată sincronizarea la diferite turații ale motorului:

1. Ralanti necesită așa-numitele faze înguste. Aceasta înseamnă că supapele încep să se deschidă mai târziu, iar timpul închiderii lor, dimpotrivă, este devreme. Nu există o stare de deschidere simultană în acest mod (ambele supape nu vor fi deschise în același timp). Atunci când rotația arborelui cotit este de mică importanță, atunci când fazele se suprapun, gazele de eșapament pot pătrunde în galeria de admisie și un anumit volum de VTS poate intra în evacuare.
2. Cel mai puternic mod - necesită faze largi. Acesta este un mod în care, datorită vitezei mari, supapele au o poziție deschisă mai scurtă. Acest lucru duce la faptul că, în timpul conducerii sportive, umplerea și ventilația cilindrilor se realizează prost. Pentru a remedia situația, temporizarea supapei trebuie schimbată, adică supapele trebuie deschise mai devreme, iar durata lor în această poziție trebuie să crească.

La elaborarea proiectării motoarelor cu sincronizare variabilă a supapelor, inginerii iau în considerare dependența momentului de deschidere a supapei de turația arborelui cotit. Aceste sisteme sofisticate permit motorului să fie cât mai versatil posibil pentru diferite stiluri de conducere. Datorită acestei dezvoltări, unitatea prezintă o gamă largă de posibilități:

• La turații mici, motorul trebuie să fie strâns;
• Când turațiile cresc, nu ar trebui să piardă puterea;
• Indiferent de modul în care funcționează motorul cu ardere internă, consumul de combustibil și, odată cu acesta, respectarea mediului înconjurător trebuie să aibă cel mai înalt nivel posibil pentru o anumită unitate.

Toți acești parametri pot fi modificați prin schimbarea designului arborilor cu came. Cu toate acestea, în acest caz, eficiența motorului va avea limita doar într-un singur mod. Ce zici de motorul care poate schimba singur profilul în funcție de numărul de rotații ale arborelui cotit?

Sincronizare variabilă a supapei

Însăși ideea de a schimba timpul de deschidere a supapei în timpul funcționării unității de putere nu este nouă. Această idee apărea periodic în mintea inginerilor care încă dezvoltau motoare cu aburi.

Deci, una dintre aceste evoluții a fost numită un angrenaj Stevenson. Mecanismul a schimbat timpul de intrare a aburului în cilindrul de lucru. Regimul a fost numit „tăiat cu abur”. Când mecanismul a fost declanșat, presiunea a fost redirecționată în funcție de designul vehiculului. Din acest motiv, pe lângă fum, locomotivele vechi cu aburi emiteau și pufuri de aburi când trenul stătea nemișcat.

Lucrul cu schimbarea sincronizării supapei a fost efectuat și cu unitățile de aeronave. Deci, un model experimental al motorului V-8 de la compania Clerget-Blin cu o capacitate de 200 de cai putere ar putea modifica acest parametru datorită faptului că proiectarea mecanismului a inclus un arbore cu came glisant.

Și pe motorul Lycoming XR-7755 au fost instalate arbori cu came, în care erau două came diferite pentru fiecare supapă. Dispozitivul avea o acționare mecanică și a fost activat chiar de pilot. Ar putea alege una dintre cele două opțiuni în funcție de necesitatea de a lua avionul în cer, de a scăpa de urmărire sau, pur și simplu, de a zbura economic.

În ceea ce privește industria auto, inginerii au început să se gândească la aplicarea acestei idei încă din anii 20 ai secolului trecut. Motivul a fost apariția motoarelor de mare viteză care au fost instalate pe mașinile sport. Creșterea puterii în astfel de unități a avut o anumită limită, deși unitatea ar putea fi derulată și mai mult. Pentru ca vehiculul să aibă mai multă putere, la început, volumul motorului a fost doar crescut.

Primul care a introdus sincronizarea variabilă a supapelor a fost Lawrence Pomeroy, care a lucrat ca proiectant-șef pentru compania auto Vauxhall. El a creat un motor în care a fost instalat un arbore cu came special în mecanismul de distribuție a gazului. Unele dintre camele sale aveau mai multe seturi de profile.

Tipul H de 4.4 litri, în funcție de viteza arborelui cotit și de sarcina pe care a experimentat-o, ar putea deplasa arborele cu came de-a lungul axei longitudinale. Datorită acestui fapt, timpul și înălțimea supapelor au fost modificate. Deoarece această parte avea limitări în mișcare, controlul de fază și-a avut și limitele.

Porsche a fost, de asemenea, implicat într-o idee similară. În 1959, a apărut un brevet pentru „camele oscilante” ale arborelui cu came. Această dezvoltare trebuia să schimbe înălțimea supapelor și, în același timp, momentul deschiderii lor. Dezvoltarea a rămas în stadiul de proiect.

Primul mecanism funcțional de control al sincronizării supapelor a fost dezvoltat de Fiat. Invenția a fost dezvoltată de Giovanni Torazza la sfârșitul anilor '60. Mecanismul a folosit împingători hidraulici, care au schimbat punctul de pivot al robinetului supapei. Dispozitivul a funcționat în funcție de turația motorului și presiunea din galeria de admisie.

Cu toate acestea, prima mașină de producție cu faze variabile GR a fost de la Alfa Romeo. Modelul Spider 1980 a primit un mecanism electronic care schimbă fazele în funcție de modurile de funcționare ale motorului cu ardere internă.

Modalități de a schimba durata și lățimea sincronizării supapei

Astăzi există mai multe tipuri de mecanisme care schimbă momentul, timpul și înălțimea deschiderii supapei:

1. În forma sa cea mai simplă, acesta este un ambreiaj special care este instalat pe mecanismul de sincronizare (schimbător de fază). Controlul se efectuează grație efectului hidraulic asupra mecanismului de executare, iar controlul este efectuat de către electronică. Când motorul este la ralanti, arborele cu came este în poziția inițială. De îndată ce turațiile cresc, electronica reacționează la acest parametru și activează hidraulica, care roteste ușor arborele cu came față de poziția inițială. Datorită acestui fapt, supapele se deschid puțin mai devreme, ceea ce face posibilă umplerea rapidă a cilindrilor cu o porție proaspătă de BTC.
2. Schimbarea profilului camului. Aceasta este o dezvoltare pe care șoferii o folosesc de mult timp. Instalând un arbore cu came cu came nestandardizate, puteți face ca unitatea să funcționeze mai eficient la rpm mai mari. Cu toate acestea, astfel de modernizări trebuie efectuate de un mecanic bine informat, ceea ce duce la risipă mare. La motoarele cu sistemul VVTL-i, arborii cu came au mai multe seturi de came cu profiluri diferite. Când motorul cu ardere internă este la ralanti, elementele standard își îndeplinesc funcția. De îndată ce rpm-ul arborelui cotit trece peste marca 6, arborele cu came se schimbă ușor, din cauza căruia intră în funcțiune un alt set de came. Un proces similar are loc atunci când motorul se rotește până la 8.5 mii, iar al treilea set de came începe să funcționeze, ceea ce face fazele și mai largi.
3. Modificarea înălțimii deschiderii supapei. Această dezvoltare vă permite să schimbați simultan modurile de operare ale sincronizării, precum și să excludeți supapa de accelerație. În astfel de mecanisme, apăsarea pedalei de accelerație activează un dispozitiv mecanic care influențează forța de deschidere a supapelor de admisie. Acest sistem reduce consumul de combustibil cu aproximativ 15% și crește puterea unității cu aceeași cantitate. În motoarele mai moderne, nu se folosește un analog mecanic, ci un analog electromagnetic. Avantajul celei de-a doua opțiuni constă în faptul că dispozitivele electronice sunt capabile să modifice mai eficient și mai ușor modurile de deschidere a supapei. Înălțimea de ridicare poate fi aproape ideală, iar timpul de deschidere poate fi mai mare decât în ​​cazul versiunilor anterioare. O astfel de dezvoltare, de dragul economisirii combustibilului, poate chiar opri unele butelii (nu deschideți niște supape). Aceste motoare activează sistemul atunci când mașina se oprește, dar motorul cu ardere internă nu trebuie oprit (de exemplu, la un semafor) sau când șoferul încetinește mașina cu motorul cu ardere internă.

De ce să schimbați temporizarea supapei

Utilizarea mecanismelor care modifică temporizarea supapei permit:

• Este mai eficient să folosiți resursa unității de putere în diferite moduri de funcționare;
• Măriți puterea fără a fi nevoie să instalați un arbore cu came personalizat;
• Faceți vehiculul mai economic;
• Asigurați umplerea și ventilația eficientă a cilindrilor la viteze mari;
• Creșteți caracterul ecologic al transportului datorită arderii mai eficiente a amestecului aer-combustibil.

Deoarece diferitele moduri de funcționare ale motorului cu ardere internă necesită proprii parametri de sincronizare a supapei, folosind mecanismele de schimbare a FGR, mașina poate corespunde parametrilor ideali de putere, cuplu, ecologie și economie. Singura problemă pe care niciun producător nu o poate rezolva până acum este costul ridicat al dispozitivului. Comparativ cu un motor standard, un analog echipat cu un mecanism similar va costa aproape de două ori mai mult.

Unii șoferi folosesc sisteme variabile de sincronizare a supapelor pentru a crește puterea mașinii. Cu toate acestea, cu ajutorul unei curele de distribuție modificate, este imposibil să scoateți maximul din unitate. Citiți despre alte posibilități aici.

În concluzie, oferim un mic ajutor vizual cu privire la funcționarea sistemului variabil de distribuție a supapelor:

Sistem variabil de sincronizare a supapei folosind exemplul CVVT

Întrebări și răspunsuri:

Care este sincronizarea supapei? Acesta este momentul în care supapa (admisie sau ieșire) se deschide/se închide. Acest termen este exprimat în grade de rotație a arborelui cotit al motorului.

ЧCe afectează sincronizarea supapelor? Timpul supapelor este afectat de modul de funcționare a motorului. Dacă nu există un schimbător de fază în sincronizare, atunci efectul maxim este atins numai într-un anumit interval de rotații ale motorului.

Pentru ce este diagrama de sincronizare a supapei? Această diagramă arată cât de eficient are loc umplerea, arderea și curățarea în cilindri la un anumit interval de turații. Vă permite să selectați corect sincronizarea supapei.