Wenn wir über die Qualität des Motors sprechen, meinen wir seine Effizienz, Leistung, Drehmoment, Wirtschaftlichkeit. Diese Parameter werden durch viele Faktoren beeinflusst, einschließlich der Ventilsteuerung, dh das operative Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile.
Bei einem standardmäßigen Viertaktverbrennungsmotor werden die Ventile über Nockenwellen-Nocken betätigt. Ihr Profil bestimmt das Drehmoment und die Öffnungsdauer (Phasenbreite) sowie den Hub der Ventile.
Es ist unmöglich, die Phasen in den meisten modernen Motoren zu ändern. Außerdem sind sie nicht effektiv. Das Verhalten der Gase (Kraftstoffgemisch und Abgase) im Zylinder sowie in den Einlass- und Auslassöffnungen variiert je nach Betriebsart des Motors. Die Strömungsgeschwindigkeit ist nicht konstant, es gibt Schwankungen des elastischen Gasmediums, die zu nützlichen Resonanz- oder im Gegenteil zu parasitären Stauphänomenen führen. Daher unterscheiden sich die Geschwindigkeit und die Effizienz der Zylinderfüllung je nach gewähltem Motorbetrieb.
Für den Leerlauf sind zum Beispiel die schmalen Ventilregelphasen mit verspätetem Öffnen und frühem Schließen der Ventile ohne Phasenüberschneidung (die Zeit, in der die Einlass- und Auslassventile geöffnet sind) gut geeignet. Warum? Denn so können Abgasemissionen in den Ansaugkrümmer sowie die Freisetzung eines Teils des brennbaren Gemisches in das Auspuffrohr ausgeschlossen werden.
Die Situation ändert sich stark bei der Arbeit mit hohen Kapazitäten. Mit zunehmender Drehzahl wird die Öffnungszeit der Ventile natürlich reduziert, aber ein viel größeres Gasvolumen als im Leerlauf ist notwendig, um ein hohes Drehmoment und eine hohe Leistung durch die Zylinder zu erreichen. Wie findet man einen Ausweg aus einer so schwierigen Situation? Öffnen Sie die Ventile früh und verlängern Sie die Öffnungszeit, mit anderen Worten, machen Sie die Phasen so breit wie möglich. Gleichzeitig ist die Überlappungsphase normalerweise umso breiter, je höher die Drehzahl ist.
Daher müssen die Konstrukteure eine Reihe von inkompatiblen Anforderungen zustimmen und Zugeständnisse bei der Entwicklung und Anpassung von Motoren machen. Bei den gleichen festen Phasen muss der Motor eine gute Traktion bei niedrigen bis mittleren Umdrehungen und eine akzeptable Leistung bei hohen Geschwindigkeiten haben. Und auch im Leerlauf stabil arbeiten, möglichst energieeffizient und umweltfreundlich sein. Das ist eine Herausforderung!
Aber für die Konstrukteure, es ist nicht schwer zu lösen, sie können die Eigenschaften des Motors bis zur Unkenntlichkeit ändern, durch Schieben und Änderung der Breite der Ventilsteuerung. Müssen Sie das Drehmoment erhöhen? Gut. Und vielleicht eine Leistung? Kein Problem. Oder wollen Sie Kosten senken? Kein Thema. Manchmal stellt sich jedoch heraus, dass einige Eigenschaften verbessert werden müssen, um andere aufzugeben.
Aber was, wenn der Mechanismus der Ventilsteuerung lehren, sich an verschiedene Betriebsarten des Motors anzupassen? Glücklicherweise gibt es viele Möglichkeiten, dies zu tun. Eine davon ist die Verwendung eines Phasenreglers — einer speziellen Kupplung, die die Nockenwelle unter dem Einfluss von Steuerelektronik und Hydraulik um einen bestimmten Winkel relativ zu ihrer Ausgangsposition drehen kann. Ein solches System wird am häufigsten am Eingang installiert. Mit zunehmender Geschwindigkeit dreht die Kupplung die Welle während der Drehung, was zu einer früheren Öffnung der Einlassventile und damit zu einer besseren Befüllung der Zylinder bei hohen Geschwindigkeiten führt.
Aber unruhige Ingenieure haben nicht aufgehört und Systeme entwickelt, die nicht nur Phasen verschieben, sondern sie auch erweitern oder verengen. Dies kann je nach Konstruktion auf verschiedene Arten erreicht werden. Zum Beispiel, zusätzliche Nocken mit einem veränderten Profil in einem Toyota VVTL-i beginnen zu arbeiten statt der üblichen Nocken nach einer Reihe von bestimmten Drehzahl (6000 UPM./Minute). Wenn die Kurbelwelle auf ein Maximum (ca./min), bei Drehzahl 6000-6500 U/min, der Motor scheint einen zweiten Atemzug zu bekommen, der dem Auto eine harte und kraftvolle Beschleunigung während der Beschleunigung geben kann.
Es ist bemerkenswert, das Drehmoment und die Öffnungszeit zu ändern. Was ist, wenn wir versuchen, die Höhe des Aufstiegs zu ändern? Denn dank dieses Ansatzes können Sie die Drosselklappe loswerden und den Prozess der Steuerung der Betriebsarten des Motors auf den Ventilmechanismus übertragen.
Warum ist das Drosselventil schädlich? Es beeinträchtigt die Zylinderfüllung bei niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten. Denn bei laufendem Motor im Ansaugtrakt unter geschlossener Drosselklappe entsteht ein hohes Vakuum. Was ist das Ergebnis? Hohe Trägheit des verdünnten Gasmediums (Kraftstoff-Luft-Gemisch), Verschlechterung der Füllqualität des Zylinders Ladung, Reduzierung der Motorleistung und der Geschwindigkeit des Gaspedals.
Daher wäre es eine bessere Option, das Einlassventil nur für die Zeit zu öffnen, die benötigt wird, um die gewünschte Füllung des Zylinders mit dem brennbaren Gemisch zu erreichen. Ingenieure haben einen Ausweg gefunden — ein mechanisches System zur Steuerung des Ansaugventilhebens. Bei solchen Systemen ändern sich die Hubhöhe und damit die Dauer der Einlassphase je nach Betätigung des Gaspedals. Nach Angaben aus verschiedenen Quellen können die Einsparungen durch die Verwendung eines stufenlosen Steuersystems zwischen 8% und 15% liegen, die Steigerung von Leistung und Drehmoment liegt zwischen 5% und 15%.
Die Effizienz der Zylinderfüllung und Reinigung kann verbessert werden. Wie? Aufgrund der Öffnungsgeschwindigkeit der Ventile. Der mechanische Antrieb weicht jedoch dem elektromagnetischen.
Was ist ein weiterer Vorteil des elektromagnetischen Antriebs? Tatsache ist, dass das Gesetz (Beschleunigung jederzeit) des Ventilhebens auch verbessert werden kann und die Öffnungsdauer des Ventils in weiten Grenzen geändert werden kann. Die Elektronik kann laut vorinstalliertem Programm von Zeit zu Zeit unnötige Ventile nicht öffnen und die Zylinder generell abschalten. Wofür? Um Kosten zu sparen, zum Beispiel im Leerlauf, im laufenden Betrieb oder beim Bremsen des Motors. Zusätzlich zu den Modi ist der Magnetventil-Mechanismus in der Lage, einen herkömmlichen Viertaktmotor direkt während des Betriebs in einen Sechstaktmotor umzuwandeln. Wie bald werden solche Systeme auf der Pipeline erscheinen?
Vielleicht ist eine weitere Verbesserung der Motoreffizienz aufgrund der Synchronisation nicht mehr möglich. Um noch mehr Leistung und Drehmoment aus dem gleichen Volumen bei geringerem Verbrauch zu erhalten, wird es nur mit anderen Mitteln möglich sein. Zum Beispiel mit einem kombinierten Boost oder einer Konstruktion, die das Verdichtungsverhältnis ändert, sowie anderen Brennstoffen. Aber das ist eine andere Geschichte.
Dies ist eine Übersetzung. Man kann den ursprünglichen Artikel hier lesen: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html
Veröffentlicht Januar 13, 2022 • 5 m zum Lesen
