Variabilné časovanie ventilov: Ako funguje táto technológia?
Variabilné časovanie ventilov, alebo aj rozvod s premenlivým časovaním, je technológia, ktorá umožňuje optimalizovať parametre štvortaktného spaľovacieho motora a tým zvýšiť jeho výkon a znížiť spotrebu paliva.
Pri variabilnom časovaní ventilov je možné ovládať zdvih, okamih otvorenia ventilu alebo dobu otvorenia ventilu, či kombináciu uvedených parametrov, a to nezávisle od polohy kľukového hriadeľa. Ovládanie ventilov je však závislé od otáčok, zaťaženia motora a ďalších iných faktorov.
Obsah
Ako funguje variabilné časovanie ventilov?
Pri štandardnom rozvode je časovanie dané jeho geometriou a pohyb ventilov je pevne viazaný s polohou kľukového hriadeľa. Otváranie a zatváranie ventilov je teda nemenné a závislé na pohybe piestov.
Okamih otvorenia a uzatvorenia ventilov však výrazne ovplyvňuje kvalitu naplnenia valcov v závislosti na otáčkach motora. Pri variabilnom časovaní sa teda nastavenie vačkového hriadeľa mení v závislosti od otáčok a zaťaženia motora.
Piesty motora: Čo všetko musia vydržať a aká je ich funkcia?
Pri voľnobehu a pri vysokých otáčkach je vačkový hriadeľ sacích ventilov nastavený tak, aby uzatvoril sací ventil o niečo neskôr než je to bežné, čo napomáha kultivovanému chodu motora počas voľnobežných otáčok a dobrému využitiu výkonu počas vysokých otáčok motora.
Pri nízkych a stredných otáčkach je zas vačkový hriadeľ nastavený tak, aby zatváral sací ventil o niečo skôr ako obvykle, čím sa dosahuje väčšie naplnenie valcov a zlepšenie priebehu krútiaceho momentu.
Efekt úpravy časovania ventilov
1. Oneskorené uzavretie sacieho ventilu
Pokiaľ ostáva sací ventil otvorený o niečo dlhšie ako je to bežné, znamená to, že piest v skutočnosti tlačí vzduch von z valca naspäť do sacieho potrubia počas kompresného zdvihu. Vzduch, ktorý je vytlačený, napĺňa sacie potrubie s vyšším tlakom a pri následujúcich zdvihoch nasáva tento vzduch naspäť do spaľovacej komory.
Oneskorené uzatvorenie ventilu znižuje čerpacie straty pri nasávaní o 40% počas zaťaženia a znižuje emisie oxidu dusnatého o 24%. Emisie uhľovodíkov ostávajú nezmenené.
2. Predčasné uzavretie sacieho ventilu
Ďalším spôsobom ako znížiť čerpacie straty, ktoré sú spojené s nízkymi otáčkami motora, je vytvoriť vysoký podtlak zatvorením nasávacieho ventilu skôr, než je to obvyklé. Toto zahŕňa uzavretie nasávacieho ventilu v polovici sacieho zdvihu.
Pri nízkych otáčkach a zaťažení sú požiadavky motora na palivo a vzduch veľmi nízke a práca potrebná na plnenie valca je pomerne vysoká, takže predčasné uzavretie sacieho ventilu výrazne znižuje čerpacie straty. Predčasné uzatváranie sacích ventilov znižuje čerpacie straty o 40% a spotrebu paliva o 7%. Taktiež emisie oxidu dusnatého sú znížené o 24%.
3. Predčasné otvorenie sacieho ventilu
Ďalším spôsobom, ktorým sa dajú znížiť emisie, je predčasné otvorenie sacieho ventilu. Otvorením nasávacieho ventilu skôr, ako je obvyklé, sa časť spálených výfukových plynov dostane z valca von cez sací ventil.
Ventil spaľovacieho motora: Na čo slúži a čím všetkým je namáhaný?
V sacom potrubí sú tieto výfukové plyny ochladené obtekajúcim vzduchom a pri nasledujúcom zdvihu nasaté opäť do priestoru valca, čo pomáha regulovať teplotu valca a emisie oxidu dusnatého.
4. Skoré/neskoré zatváranie výfukových ventilov
Pomocou výfukového ventilu môžeme taktiež znížiť emisie. Keď sa výfukový ventil otvára, piest vytláča výfukové plyny smerom von z valca do výfukového potrubia. Manipuláciou časovania výfukového ventilu môžeme kontrolovať, koľko výfukových plynov zostalo vo valci.
Pokiaľ je výfukový ventil otvorený dlhšie ako obvykle, valec je vyprázdnený viac a je teda pripravený na to, aby bol naplnený väčším množstvom paliva a vzduchu počas sacieho zdvihu, čo umožňuje motoru dosiahnuť vyšší výkon. Pokiaľ je výfukový ventil uzavretý o niečo skôr, zostane vo valci viac výfukových plynov, čo znižuje tvorbu emisií.
Výhody variabilného časovania ventilov
Technológia variabilného časovania ventilov sa využíva na zdokonalenie výmeny náplne valcov piestového spaľovacieho motora, vďaka čomu dosahujú motory vyšší výkon, nižšiu spotrebu paliva, nižšie emisie a vysoký krútiaci moment v širokom spektre otáčok.
Variabilné časovanie ventilov sa využíva najmä pri zážihových motoroch. Tieto motory totiž pracujú v širšom spektre otáčok, a preto je využitie technológie variabilného časovania ventilov efektívnejšie a logickejšie. Zásadnou nevýhodou zážihových motorov je totiž regulácia škrtením, ktorá spôsobuje pokles ich účinnosti pri nízkych zaťaženiach.
Škrtiaca klapka: Ako funguje a jej možné poruchy
Vďaka variabilnému časovaniu ventilov je možné redukovať, alebo úplne odstrániť škrtiacu klapku, čím sa znižuje pneumatický odpor – čerpacie straty v sacom potrubí a tým pádom sa zvyšuje plniaca účinnosť motora najmä pri nízkych zaťaženiach.
Okrem zážihových motorov sa technológia variabilného časovania začína presadzovať aj do vznetových motorov a to najmä kvôli stále sprísňujúcim sa emisným normám. Prvý vznetový motor pre osobné automobily s variabilným časovaním ventilov vyvinula automobilka Mitsubishi v roku 2010.
Použitie variabilného časovania ventilov môže priniesť
10 - 30 % zníženie spotreby paliva
10 - 15 % zvýšenie efektívneho výkonu a krútiaceho momentu
20 - 25 % zníženie produkcie emisií výfukových plynov
Konštrukcia variabilného časovania ventilov
Rôzni výrobcovia používajú pre realizáciu variabilného časovania ventilov rozličné technológie. Konštrukčne možno variabilné časovanie ventilov dosiahnuť napríklad týmito spôsobmi:
mechanicky ovládaný vačkový hriadeľ
hydraulické presúvače vačkového hriadeľa
hydraulické ovládanie ventilov
elektromagneticky ovládané ventily
Označenie motorov vybavených variabilným časovaním ventilov:
Okrem odlišných technológií, používajú automobilky taktiež odlišné označenie svojich motorov, ktoré sú vybavené variabilným časovaním. Tu je niekoľko príkladov:
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)
VVL (Nissan)
Valvelift (Audi)
VVEL (Nissan)
VVT (Chrysler, General Motors, Suzuki, Volkswagen Group)
VVT-i, VVTL-i (Toyota, Lexus)
VTVT (Hyundai, Kia)