Qual é a finalidade dos sistemas de distribuição de válvulas variáveis?

A qualidade do desempenho do motor, sua eficiência, potência, torque e economia operacional dependem de muitos fatores, incluindo a temporização das válvulas, ou seja, a pontualidade da abertura e fechamento das válvulas de admissão e escape.

Em um motor convencional de combustão interna de quatro tempos, as válvulas são acionadas por cames do eixo de comando. O perfil desses cames determina o torque e a duração da abertura (ou seja, a largura das fases), bem como o curso das válvulas.

As fases não podem ser alteradas na maioria dos motores modernos. E a operação desses motores não é muito eficiente. O fato é que a natureza do comportamento dos gases (mistura de combustível e escape) no cilindro, bem como nas portas de admissão e escape, varia de acordo com os modos de operação do motor. A velocidade do fluxo muda constantemente, surgem vários tipos de vibrações do meio gasoso elástico, que levam a um congestionamento ressonante útil ou, inversamente, parasitário. Por causa disso, a velocidade e a eficiência do enchimento dos cilindros não são as mesmas em diferentes modos de operação do motor.

Por exemplo, para operação em marcha lenta, fases estreitas de temporização de válvulas com abertura tardia e fechamento antecipado de válvulas sem fases sobrepostas (o momento em que as válvulas de admissão e de escape estão abertas) são apropriadas. Por quê? Porque desta forma é possível excluir a descarga de gases de escape no coletor de admissão e a liberação de parte da mistura combustível no tubo de escape.

A situação muda muito quando se trabalha com potência máxima. Com o aumento da velocidade, o tempo de abertura das válvulas diminui naturalmente, mas para fornecer alto torque e potência através dos cilindros, é necessário operar um volume muito maior de gases do que em marcha lenta. Como resolver uma tarefa tão difícil? Abra as válvulas um pouco mais cedo e aumente a duração de sua abertura, ou seja, torne as fases o mais amplas possível. Ao mesmo tempo, a fase de sobreposição geralmente é aumentada quanto maior a rotação, para melhor drenagem dos cilindros.

Portanto, os projetistas precisam vincular uma série de requisitos mutuamente exclusivos e fazer concessões difíceis ao desenvolver e ajustar os motores. Julgue por si mesmo. Com as mesmas fases fixas, o motor deve ter boa tração em velocidades baixas e médias, uma potência aceitável em altas velocidades. Além disso, percole em marcha lenta, seja o mais eficiente e ecológico possível. Esse é o problema!

Mas essas tarefas têm sido tão fáceis quanto descascar ervilhas para os projetistas há muito tempo – eles são capazes de alterar as características do motor de forma irreconhecível ao mudar e alterar a largura das fases de temporização das válvulas. Precisa aumentar o torque? OK. Aumentar a potência? É claro. Reduzir o consumo? Não é um problema. No entanto, às vezes você precisa sacrificar alguns parâmetros para melhorar outros.

Mas e se o mecanismo de distribuição de gás for ensinado a se adaptar aos diferentes modos de operação do motor? Facilmente. Felizmente, existem várias maneiras de fazer isso. Um deles é o uso de um deslocador de fase – uma embreagem especial que é capaz de girar o eixo de comando em um determinado ângulo em relação à sua posição inicial sob a influência da eletrônica de controle e da hidráulica. Esse sistema geralmente é instalado na entrada. Com o aumento da velocidade, a embreagem gira o eixo durante a rotação, o que leva a uma abertura mais precoce das válvulas de admissão e, consequentemente, a um melhor enchimento dos cilindros em altas velocidades.

Mas engenheiros irreprimíveis não pararam por aí e desenvolveram vários sistemas que podem não apenas mudar as fases, mas também ampliá-las ou reduzi-las. Isso pode ser feito de várias maneiras, dependendo do design. Por exemplo, no sistema Toyota VVTL-i, uma câmera adicional com um perfil modificado começa a entrar em operação em vez da câmera usual após atingir certas rotações (6000 rpm). O perfil desta câmera define uma lei diferente de movimento da válvula, fases mais amplas e, a propósito, fornece um curso mais longo. Quando o virabrequim é girado até a rotação máxima (cerca de 8500 rpm), a uma velocidade de rotação de 6000-6500 rpm, o motor parece receber um segundo fôlego, o que é capaz de dar ao carro uma aceleração forte e potente.

É maravilhoso alterar o torque e a duração da abertura. E se tentarmos mudar a altura do elevador? Afinal, essa abordagem permite que você se livre do acelerador e mude o processo de controle dos modos de operação do motor para o trem de válvulas.

Por que a válvula do acelerador é prejudicial? Isso piora o enchimento dos cilindros em velocidades baixas e médias. Afinal, um alto vácuo é criado na área de entrada sob o acelerador fechado quando o motor está funcionando. A que isso leva? Devido à alta inércia do meio gasoso rarefeito (mistura ar-combustível), ocorre uma deterioração da qualidade do enchimento do cilindro com uma carga, uma diminuição na potência do motor e na velocidade de resposta do pedal do acelerador.

Portanto, abrir a válvula de admissão apenas pelo tempo necessário para obter o enchimento desejado do cilindro com uma mistura de combustão seria uma opção ideal. A resposta dos engenheiros é um sistema mecânico de controle de elevação da válvula de admissão. Nesses sistemas, a altura de elevação e, consequentemente, a duração da fase de admissão são alteradas dependendo da pressão do pedal do acelerador. De acordo com várias fontes, a economia com o uso de um sistema de controle sem aceleração pode variar de 8% a 15%, um aumento na potência e no torque – na faixa de 5 a 15%. Mas essa não é a última resistência.

Apesar de o número e o tamanho das válvulas terem se aproximado do máximo possível, a eficiência do enchimento e limpeza dos cilindros pode ser ainda maior. Devido a quê? Devido à velocidade de abertura das válvulas. No entanto, o acionamento mecânico perde terreno para o eletromagnético.

Qual é outra vantagem do acionamento eletromagnético? O fato é que a lei (aceleração a qualquer momento) do levantamento da válvula pode ser aperfeiçoada e a duração da abertura da válvula pode ser alterada dentro de limites muito amplos. A eletrônica, de acordo com o programa configurado, pode não abrir válvulas desnecessárias de tempos em tempos e desativar os cilindros de forma alguma. Para quê? Para economizar dinheiro, por exemplo, em marcha lenta, ao dirigir no modo estável ou ao frear com o motor. Além dos modos, o trem de válvulas eletromagnéticas é capaz de transformar um motor comum de quatro tempos em um de seis tempos logo durante a operação. Nós nos perguntamos se esses sistemas aparecerão na linha de montagem em breve.

Talvez não seja mais possível aumentar ainda mais a eficiência do motor devido ao tempo. Será possível obter ainda mais potência e torque do mesmo volume com menos consumo apenas com o uso de outros meios. Por exemplo, sobrealimentação combinada ou construções que alteram a taxa de compressão, outros combustíveis. Mas essa é uma história completamente diferente.

Esta é uma tradução. Você pode ler o original aqui: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e33f9.html