Thời gian van là gì và cách chúng hoạt động

Thiết kế của động cơ bốn kỳ, hoạt động trên nguyên tắc giải phóng năng lượng trong quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và nhiên liệu, bao gồm một cơ chế quan trọng, nếu thiếu nó, bộ máy không thể hoạt động. Đây là cơ chế định thời hoặc phân phối khí.

Trong hầu hết các động cơ tiêu chuẩn, nó được lắp vào đầu xi lanh. Chi tiết hơn về cấu trúc cơ chế được mô tả trong bài viết riêng biệt... Bây giờ chúng ta sẽ tập trung vào thời gian van là gì, cũng như cách thức hoạt động của nó ảnh hưởng đến các chỉ số công suất của động cơ và hiệu suất của nó.

Thời gian van động cơ là gì

Sơ lược về cơ chế định thời gian. Trục khuỷu thông qua bộ truyền động dây đai (trong nhiều động cơ đốt trong hiện đại, một dây xích được lắp thay vì dây đai cao su) được kết nối với trục cam. Khi người lái xe khởi động động cơ, bộ khởi động sẽ quay bánh đà. Cả hai trục bắt đầu quay đồng bộ, nhưng ở các tốc độ khác nhau (về cơ bản, trong một vòng quay của trục cam, trục khuỷu tạo ra hai vòng quay).

Trên trục cam có các rãnh hình giọt nước đặc biệt. Khi cơ cấu quay, cam đẩy vào trụ van nạp lò xo. Van mở ra, cho phép hỗn hợp nhiên liệu / không khí đi vào xi lanh hoặc xả khí thải vào ống xả.

Giai đoạn phân phối khí chính xác là thời điểm van bắt đầu mở đầu vào / đầu ra trước thời điểm nó đóng hoàn toàn. Mỗi kỹ sư làm việc trong quá trình phát triển một đơn vị điện sẽ tính toán chiều cao mở van nên là bao lâu, cũng như nó sẽ mở trong bao lâu.

Ảnh hưởng của thời gian van đến hoạt động của động cơ

Tùy thuộc vào chế độ mà động cơ đang hoạt động, việc phân phối khí nên bắt đầu sớm hơn hoặc muộn hơn. Điều này ảnh hưởng đến hiệu quả của đơn vị, tính kinh tế và mô-men xoắn cực đại của nó. Điều này là do việc đóng / mở ống nạp và ống xả kịp thời là chìa khóa để tận dụng tối đa năng lượng thoát ra trong quá trình đốt cháy HVAC.

Nếu van nạp bắt đầu mở vào một thời điểm khác khi pít-tông thực hiện hành trình nạp, thì sẽ xảy ra hiện tượng lấp đầy khoang xi-lanh không đồng đều với một phần không khí mới và nhiên liệu sẽ trộn lẫn kém hơn, dẫn đến sự đốt cháy hỗn hợp không hoàn toàn.

Đối với van xả, nó cũng phải mở không sớm hơn khi piston chạm đến tâm chết dưới cùng, nhưng không muộn hơn sau khi nó bắt đầu hành trình hướng lên. Trong trường hợp đầu tiên, lực nén sẽ giảm, và cùng với nó là động cơ sẽ mất điện. Trong lần thứ hai, các sản phẩm cháy với một van đóng sẽ tạo ra lực cản cho piston, đã bắt đầu tăng lên. Đây là một tải bổ sung trên cơ cấu tay quay, có thể làm hỏng một số bộ phận của nó.

Để bộ nguồn hoạt động tốt, cần có thời gian van khác nhau. Đối với một chế độ, điều cần thiết là các van mở sớm hơn và đóng muộn hơn, và đối với các chế độ khác, ngược lại. Tham số chồng chéo cũng rất quan trọng - liệu cả hai van có được mở đồng thời hay không.

Hầu hết các động cơ tiêu chuẩn có thời gian cố định. Một động cơ như vậy, tùy thuộc vào loại trục cam, sẽ có hiệu suất tối đa ở chế độ thể thao hoặc khi lái xe được đo ở vòng tua thấp.

Ngày nay, nhiều xe ô tô thuộc phân khúc trung cấp và cao cấp được trang bị động cơ, hệ thống phân phối khí có thể thay đổi một số thông số của độ mở van, do đó việc nạp và thông khí chất lượng cao của xi lanh xảy ra ở các tốc độ trục khuỷu khác nhau.

Đây là cách tính thời gian nên được thực hiện ở các tốc độ động cơ khác nhau:

1. Chạy không tải đòi hỏi cái gọi là giai đoạn hẹp. Điều này có nghĩa là các van bắt đầu mở muộn hơn và thời gian đóng của chúng, ngược lại, là sớm. Không có trạng thái mở đồng thời trong chế độ này (cả hai van sẽ không được mở cùng một lúc). Khi chuyển động quay của trục khuỷu không quan trọng, khi các pha chồng lên nhau, khí thải có thể đi vào đường ống nạp và một lượng VTS nhất định đi vào khí thải.
2. Chế độ mạnh mẽ nhất - nó yêu cầu các pha rộng. Đây là một chế độ trong đó, do tốc độ cao, các van có vị trí mở ngắn hơn. Điều này dẫn đến thực tế là trong quá trình lái xe thể thao, quá trình nạp và thông gió của các xi lanh được thực hiện kém. Để khắc phục tình trạng này, thời gian của van phải được thay đổi, tức là các van phải được mở sớm hơn và thời gian của chúng ở vị trí này phải tăng lên.

Khi phát triển thiết kế động cơ có thời gian van biến thiên, các kỹ sư đã tính đến sự phụ thuộc của mômen mở van vào tốc độ trục khuỷu. Những hệ thống phức tạp này cho phép động cơ linh hoạt nhất có thể cho các phong cách lái khác nhau. Nhờ sự phát triển này, đơn vị cho thấy nhiều khả năng:

• Ở số vòng quay thấp, động cơ phải căng thẳng;
• Khi số vòng quay tăng lên, nó không được mất điện;
• Bất kể động cơ đốt trong đang hoạt động ở chế độ nào, khả năng tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường khi vận chuyển, phải đạt mức cao nhất có thể đối với một đơn vị cụ thể.

Tất cả các thông số này có thể được thay đổi bằng cách thay đổi thiết kế của trục cam. Tuy nhiên, trong trường hợp này, hiệu suất của động cơ sẽ có giới hạn chỉ ở một chế độ. Làm thế nào về việc động cơ có thể tự thay đổi biên dạng tùy thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu?

Vạn vật biến thiên

Ý tưởng thay đổi thời gian mở van trong quá trình vận hành của bộ nguồn không phải là mới. Ý tưởng này định kỳ xuất hiện trong đầu các kỹ sư vẫn đang phát triển động cơ hơi nước.

Vì vậy, một trong những phát triển này được gọi là thiết bị Stevenson. Cơ cấu đã thay đổi thời gian hơi đi vào xi lanh làm việc. Chế độ này được gọi là "cắt giảm hơi nước". Khi cơ chế được kích hoạt, áp suất được chuyển hướng tùy thuộc vào thiết kế của xe. Vì lý do này, ngoài khói, các đầu máy hơi nước cũ còn phát ra những luồng hơi nước khi tàu đứng yên.

Công việc thay đổi thời gian van cũng được thực hiện với các đơn vị máy bay. Vì vậy, một mô hình thử nghiệm của động cơ V-8 của công ty Clerget-Blin với công suất 200 mã lực có thể thay đổi thông số này do thiết kế của cơ cấu bao gồm một trục cam trượt.

Và trên động cơ Lycoming XR-7755, trục cam đã được lắp đặt, trong đó có hai cam khác nhau cho mỗi van. Thiết bị có một ổ đĩa cơ học và được kích hoạt bởi chính phi công. Anh ta có thể chọn một trong hai phương án tùy thuộc vào việc anh ta cần đưa máy bay lên trời, thoát khỏi sự rượt đuổi hay chỉ bay tiết kiệm.

Còn đối với ngành ô tô, các kỹ sư bắt đầu nghĩ đến việc áp dụng ý tưởng này từ những năm 20 của thế kỷ trước. Nguyên nhân là do sự xuất hiện của động cơ tốc độ cao được lắp trên xe thể thao. Việc tăng sức mạnh trong các đơn vị như vậy có một giới hạn nhất định, mặc dù đơn vị đó có thể không bị ràng buộc nhiều hơn nữa. Để xe có thêm công suất, lúc đầu chỉ tăng khối lượng động cơ.

Người đầu tiên giới thiệu thời gian van biến thiên là Lawrence Pomeroy, người từng là nhà thiết kế chính cho công ty ô tô Vauxhall. Ông đã tạo ra một động cơ trong đó có một trục cam đặc biệt được lắp vào cơ cấu phân phối khí. Một số cam của anh ấy có một số bộ cấu hình.

Loại H 4.4 lít, tùy thuộc vào tốc độ của trục khuỷu và tải trọng mà nó trải qua, có thể di chuyển trục cam dọc theo trục dọc. Do do, thời gian và chiều cao của các van đã được thay đổi. Vì bộ phận này có những hạn chế trong chuyển động, điều khiển pha cũng có những giới hạn của nó.

Porsche cũng tham gia vào một ý tưởng tương tự. Năm 1959, một bằng sáng chế đã được cấp cho "cam dao động" của trục cam. Sự phát triển này được cho là sẽ thay đổi độ nâng của van, đồng thời, thời gian mở. Sự phát triển vẫn ở giai đoạn dự án.

Cơ chế điều khiển thời gian van khả thi đầu tiên được phát triển bởi Fiat. Sáng chế được phát triển bởi Giovanni Torazza vào cuối những năm 60. Cơ chế này sử dụng bộ đẩy thủy lực, làm thay đổi điểm trục của bộ phận điều chỉnh van. Thiết bị hoạt động phụ thuộc vào tốc độ động cơ và áp suất trong đường ống nạp.

Tuy nhiên, chiếc xe sản xuất đầu tiên có pha GR thay đổi là của Alfa Romeo. Mẫu Spider năm 1980 nhận được một cơ chế điện tử thay đổi các giai đoạn tùy thuộc vào các chế độ hoạt động của động cơ đốt trong.

Các cách thay đổi thời gian và chiều rộng của thời gian van

Ngày nay có một số loại cơ cấu thay đổi thời điểm, thời gian và chiều cao của van mở:

1. Ở dạng đơn giản nhất, đây là một ly hợp đặc biệt được lắp trên bộ truyền động của cơ cấu phân phối khí (bộ dịch pha). Việc điều khiển được thực hiện nhờ tác dụng của thủy lực lên cơ cấu thực hiện, và điều khiển được thực hiện bằng điện tử. Khi động cơ chạy không tải, trục cam ở vị trí ban đầu. Ngay sau khi số vòng quay tăng lên, thiết bị điện tử phản ứng với thông số này và kích hoạt thủy lực làm quay trục cam một chút so với vị trí ban đầu. Nhờ đó, các van mở sớm hơn một chút, giúp có thể nhanh chóng lấp đầy các xi lanh với một phần BTC mới.
2. Thay đổi cấu hình cam. Đây là một phát triển mà những người lái xe đã sử dụng trong một thời gian dài. Việc lắp trục cam với các cam không chuẩn có thể làm cho bộ phận hoạt động hiệu quả hơn ở vòng tua máy cao hơn. Tuy nhiên, việc nâng cấp như vậy phải được thực hiện bởi một thợ máy có kiến ​​thức, điều này dẫn đến rất nhiều lãng phí. Trong động cơ có hệ thống VVTL-i, trục cam có một số bộ cam với cấu hình khác nhau. Khi động cơ đốt trong chạy không tải, các phần tử tiêu chuẩn thực hiện chức năng của chúng. Ngay khi vòng tua trục khuỷu di chuyển qua mốc 6 nghìn, trục cam sẽ dịch chuyển nhẹ, do đó một bộ cam khác hoạt động. Quá trình tương tự cũng xảy ra khi động cơ quay đến 8.5 nghìn vòng, và bộ cam thứ ba bắt đầu hoạt động, điều này làm cho các pha càng rộng hơn.
3. Thay đổi chiều cao mở van. Sự phát triển này cho phép bạn đồng thời thay đổi các chế độ hoạt động của thời gian, cũng như loại trừ van tiết lưu. Trong các cơ chế như vậy, nhấn bàn đạp ga sẽ kích hoạt một thiết bị cơ khí tác động đến lực mở của van nạp. Hệ thống này giảm tiêu thụ nhiên liệu khoảng 15% và tăng công suất của thiết bị lên cùng một lượng. Trong các động cơ hiện đại hơn, không phải là cơ khí, mà là điện từ tương tự được sử dụng. Ưu điểm của phương án thứ hai là các thiết bị điện tử có thể thay đổi chế độ mở van một cách hiệu quả và trơn tru hơn. Chiều cao thang máy có thể gần lý tưởng và thời gian mở cửa có thể rộng hơn so với các phiên bản trước. Sự phát triển như vậy, vì mục đích tiết kiệm nhiên liệu, thậm chí có thể làm tắt một số xi lanh (không mở một số van). Các động cơ này kích hoạt hệ thống khi xe dừng lại, nhưng động cơ đốt trong không cần tắt (ví dụ, tại đèn giao thông) hoặc khi người lái xe giảm tốc độ xe bằng động cơ đốt trong.

Tại sao phải thay đổi thời gian van

Việc sử dụng các cơ cấu thay đổi thời gian van cho phép:

• Sử dụng hiệu quả hơn tài nguyên của tổ máy điện trong các phương thức vận hành khác nhau;
• Tăng sức mạnh mà không cần cài đặt trục cam tùy chỉnh;
• Giúp xe tiết kiệm hơn;
• Cung cấp hiệu quả làm đầy và thông gió của xi lanh ở tốc độ cao;
• Tăng tính thân thiện với môi trường của phương tiện giao thông do quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu không khí hiệu quả hơn.

Do các chế độ vận hành khác nhau của động cơ đốt trong yêu cầu các thông số riêng về thời gian van, bằng cách sử dụng các cơ chế thay đổi FGR, máy có thể tương ứng với các thông số lý tưởng về công suất, mô-men xoắn, thân thiện với môi trường và tính kinh tế. Vấn đề duy nhất mà không nhà sản xuất nào có thể giải quyết cho đến nay là giá thành của thiết bị quá cao. So với động cơ tiêu chuẩn, một động cơ được trang bị cơ chế tương tự sẽ có giá cao hơn gần gấp đôi.

Một số người lái xe sử dụng hệ thống điều phối van biến thiên để tăng sức mạnh cho xe. Tuy nhiên, với sự trợ giúp của đai điều chỉnh thời gian, không thể vắt kiệt tối đa thiết bị. Đọc về các khả năng khác đây.

Tóm lại, chúng tôi cung cấp một hỗ trợ trực quan nhỏ về hoạt động của hệ thống điều khiển van biến thiên:

Hệ thống điều chỉnh van biến thiên sử dụng ví dụ về CVVT

Câu hỏi và trả lời:

Thời gian van là gì? Đây là thời điểm van (đầu vào hoặc đầu ra) đóng / mở. Thuật ngữ này được biểu thị bằng độ quay của trục khuỷu động cơ.

ЧĐiều gì ảnh hưởng đến thời gian van? Thời gian của van bị ảnh hưởng bởi chế độ vận hành của động cơ. Nếu không có bộ dịch pha trong thời gian thì hiệu quả tối đa chỉ đạt được trong một phạm vi số vòng quay nhất định của động cơ.

Sơ đồ thời gian của van để làm gì? Biểu đồ này cho thấy hiệu quả làm đầy, đốt cháy và làm sạch trong xi lanh xảy ra như thế nào ở một phạm vi RPM cụ thể. Nó cho phép bạn chọn chính xác thời gian van.