mehdi zangane
عضو جدید
زمانبندی متغيـر سوپاپها
V V T
پس از آنكه فنآوري بكارگيري چندسوپاپ برروي موتورها به عنوانيك سازوكار استاندارد درآمد، زمانبندي متغير سوپاپها قدم بعدي براي بهبود عملكردحاصل از موتورها انتخاب شد؛ آنهم نه فقط براي افزايش قدرت و گشتاور. همانطوريكهميدانيد زمانبندي تنفس و تخليه توسط شكل و زاويه قرارگيري بادامكها تنظيم ميشود. براي آنكه وضع تنفس بهينه باشد، موتور به زمانبندي مختلف سوپاپ در سرعتهاي مختلفنياز دارد. وقتي كه سرعت موتور افزايش مييابد، زمان لازم برای تنفس و تخليه كمميشود و بنابراين فرصت كافي براي ورود مخلوط تازه به درون موتور و محفظه احتراق وخروج سريع دود از موتور وجود ندارد. بنابراين بهترين راه حل اين است كه سوپاپ دودديرتر بسته شده و سوپاپ هوا زودتر باز شود. به عبارت بهتر همپوشاني سوپاپهاي دود وهوا بايد متناسب با افزايش سرعت بيشتر شود.
بدون استفاده از فنآوري زمانبنديمتغير سوپاپها، مهندسين مجبورند زمانبندي ميانهاي را براي موتور انتخاب كنند. برايمثال در يك خودروي باري ممكن است زاويه همپوشاني كمي درنظر گرفته شود زيرا عموماآنرا با سرعت كم ميرانند. برعكس يك خودروي مسابقهاي نيازمند زاويه همپوشاني زياداست زيرا بايد در حداكثر سرعت، حداكثر قدرت را داشته باشد. يك خودروي معمولي اززاويه همپوشاني متوسط برخوردار است زيرا چه در سرعت كم و چه در سرعت زياد بايدكاركرد مناسبي داشته باشد و نميتوان در اين خودروها يك ناحيه را قرباني ناحيه ديگركرد درصورتيكه در خودروي مسابقه يا خودروي باري ميتوان ناحيهاي از عملكرد را كهكمتر مورد توجه ميباشد را قرباني ناحيه ديگر نمود. با استفاده از زمانبندي متغيرسوپاپ، قدرت و گشتاور ميتواند در ناحيه وسيعي از سرعت بهينه شود. بدون آنكه اثرمنفي برروي ساير كميتها ديده شود. نتايج اصلي حاصل از بكارگيري VVT به شرح زير است:
· افزايش توان بيشينه در سرعت دوراني بيشتر. به عنوان مثال توان خروجي يك نمونهموتور نيسان مجهز به VVT در حدود 25درصد از موتور بدون VVT بيشتر است. (Nissan Neo VVL 2-Lit)
· افزايش گشتاور بيشينه در سرعت دوراني كمتر كه بهبود چابكی (Drivability) و افزايش شتاب خودرو را بدنبال دارد. براي مثال در يك نمونه خودرويفيات ۹۰ درصد از گشتاور بيشينه در سرعت دوراني بين 2000 تا 6000 دور در دقيقه بدستميآيد كه حاكي از ثابت بودن تقريبي منحني گشتاور در ناحيه نسبتا وسيعي از سرعتدوراني است (Fiat)
Barchetta's 1.8 VVT
در برخي طراحي ها، كورس بازشدن سوپاپنيز ميتواند متناسب با سرعت موتور تغيير كند. در سرعت دوراني زياد، كورس زيادترسوپاپ جريان تخليه و تنفس را تسريع كرده، و تنفس و تخليه بهتر ميشود. البته در سرعتدوراني كم كورس زياد سوپاپ تنفس اثر منفی بركيفيت مخلوط سوخت و هوا داشته و اختلاطآنها را با اشكال مواجه ميكند، در نتيجه موجب بروز بدسوزي و كاهش كارآيی و توانميشود. بنابراين كورس جابجايي سوپاپ بايد متناسب با سرعت موتور متغير باشد.
انواع سازوكار زمانبندي متغير سوپاپها VVT
۱. سازوكار تغيير زاويهبادامك
زمانبندي متغير سوپاپ از نوع تغيير زاويه بادامك سادهترين، ارزانترين، ومتداولترين سازوكاري است كه درحال حاضر مورد استفاده قرار مي گيرد. اساسا اينسازوكار زمانبندي سوپاپها را با تغيير دادن زاويه زمانبندي ميل بادامك تغيير ميدهد. به عنوان مثال در سرعت زياد ميل بادامك تنفس به اندازه 30 درجه چرخانده ميشود تاسوپاپ هوا زودتر بازشود. اين حركت با استفاده از عملگر هيدروليكي اعمال شده و مقدارجابجايي مورد نياز توسط سيستم كنترل الكترونيك موتور مراقبت و تنظيم ميشود.
توجه داشته باشيد كه سازوكار تغيير زاويه بادامك نميتواند زاويه بازبودن سوپاپرا تغيير دهد و فقط دير يا زود باز شدن سوپاپ تنفس را تغيير ميدهد. در نتيجه اگرسوپاپ هوا زود باز شود، زود هم بسته ميشود و اگر دير باز شود، ديرهم بسته ميشود. همچنين نميتواند كورس بازشدن سوپاپ را نيز تغيير دهد. با اين وجود سادهترين، وارزانترين شكل سازوكار زمانبندي متغير سوپاپ محسوب ميشود. زيرا برخلاف سايرسازوكارها كه براي هر سيلندر يك عملگر مستقل نياز دارد، اين سازوكار براي هر ميلبادامك تنها به يك عملگر هيدروليكي نياز دارد.
تغيير پيوسته يا گسسته زاويهميلبادامك
سادهترين سازوكار تغيير زاويه بادامك فقط 2 يا 3 نقطه ثابت برايتغيير زاويه دارد، مثلا زاويه 0 و 30 درجه. سيستم بهتر سازوكار تغيير پيوسته زاويهبادامك ميباشد كه هر زاويهاي بين 0 تا 30 درجه را برحسب سرعت پوشش ميدهد. واضح استكه بدين ترتيب زمانبندي بهنيه براي هرسرعتي قابل تنظيم است، ضمن آنكه تغييرات نيزبا پيوستگي صورت ميگيرد كه مزيت مهمي است. برخي طراحيها مانند سيستم:
BMW: VANOS (VAriable NOckenwellenspreizung, Variable Camshaft Lobe Separation)
برروي هر دو ميل بادامك تنفس و تخليه سازوكار تغيير پيوسته زاويه بادامكقرار دارد و موجب ميشود تا قيچي سوپاپ يا همپوشاني بيشتري بدست آمده و بازدهيبيشتري حاصل شود. به همين دليل است كه خودروي M3 3.2 از نمونه قبلي خود M3 3.0كهفقط روي ميل بادامك تنفس عملگر تغيير پيوسته زاويه بادامك دارد، بازدهي بيشتريداشته و قدرت 100 اسب بخار در هر ليتر توليد ميكند.در سري E46 اين سازوكار بررويميل بادامك تنفس 40 درجه و بروي ميل بادامك دود 25 درجه تغيير زاويه ايجاد ميكند.
فهرست انواع خودروها با سازوكار زمانبندی متغيير سوپاپها
Advantage: Cheap and simple, continuous VVT improves torque delivery across the whole rev range.
Disadvantage: Lack of variable lift and variable valve opening duration, thus less top end power than cam-changing VVT.
Who use it? Most car makers, such as:
· Audi 2.0-litre - continuous inlet
· Audi 3.0 V6 - continuous inlet, 2-stage exhaust
· Audi V8 - inlet, 2-stage discrete
· BMW Double Vanos - inlet and exhaust, continuous
· Ferrari 360 Modena - exhaust, 2-stage discrete
· Fiat (Alfa) SUPER FIRE - inlet, 2-stage discrete
· Ford Puma 1.7 Zetec SE - inlet, 2-stage discrete
· Ford Falcon XR6's VCT - inlet, 2-stage discrete
· Jaguar AJ-V6 and updated AJ-V8 - inlet, continuous
· Lamborghini Diablo V12 since SV - inlet, 2-stage discrete
· Mazda MX-5's S-VT - continuous inlet
· Mercedes V6 and V8 - inlet, 2-stage?
· Nissan QR four-pot and V8 - continuous inlet
· Nissan VQ V6 - inlet, continuous?
· Nissan VQ V6 since Skyline V35 - inlet, electromagnetic
· Porsche Variocam - inlet, 3-stage discrete
· PSA / Renault 3.0 V6 - inlet, 2-stage
· Renault 2.0-litre - inlet, 2-stage discrete
· Subaru AVCS - inlet, 2-stage?
· Toyota VVT-i - continuous, mostly inlet but some also exhaust
· Volvo 4 / 5 / 6-cylinder modular engines - inlet, continuous
· Volkswagen VR6 - inlet, continuous?
Volkswagen (Audi) W8 and W12 - continuous inlet, 2-stage exhaust
مثال ۱
(VAriable NOckenwellenspreizung, Variable Camshaft Lobe Separation) BMW's Vanos
كاركرد اين مجموعه بسيار آسان است. به انتهاي ميل بادامك يك چرخدندههليكال متصل شده است. اين چرخدنده هليكال در درون يك فنجاني قرار داشته و ميتوانددر امتداد محور ميل بادامك حركت خطي داشته باشد. از انجائي كه چرخدنده هليكال دارايدندانههاي مايل مي باشد، در اثر حركت خطي فنجاني زاويه ميل بادامك نسبت به چرخدنـدهتايمينــگ اختـلاف فـاز پيـــــدا ميكند و موجب تقدم يا تاخير در باز و بسته شدنسوپاپها ميشود و به همين ترتيب عقب رفتن فنجاني اختلاف فاز در جهت معكوس ايجادميكند. مقدار جابجايي فنجاني بستگي به اختلاف فشار هيدروليك دارد. به اين ترتيب كهدر كنار فنجاني دو حفره براي روغن قرار داشته و يك پيستون نازك در وسط آن دو حركتميكند. جريان روغن بوسيله يك شير الكترومغناطيس كنترل شده و روغن به ميزان لازموارد حفره موردنظر در سمت جلو يا عقب پيستون ميشود. سپس حركت پيستون توسط يك محوربه فنجاني منتقل و سبب جلو يا عقب رفتن آن شده و در نتيجه مقدار پيش افتادن ياتاخير در زاويه ميل بادامك تنظيم ميشود. به عبارت ديگر اگر مطابق شكل سامانه مديريتموتور فرمان ورود روغن به حفره سبز رنگ را صادر كند، پيستون به طرف ميل بادامك حركتكرده و فنجاني را هم به طرف ميل بادامك ميراند. در نتيجه موجب پيش افتادگي در زاويهباز و بسته شدن سوپاپها خواهد شد. به اين ترتيب تغيير پيوسته زمانبندي سوپاپهابراساس موقعيت قرارگيري فنجاني بدست ميآيد.
مثال ۲
Toyota VVT-I (Variable Valve Timing - Intelligent)
ميل بادامك متغير هوشمند تويوتا در مدلهاي مختلفخودروها، از تيني واريس Tiny Yaris تا سوپرا Supra نصب و مورد استفاده ميباشد. اينمكانيزم كم و بيش شبيه سيستم بكار رفته در BMW است ضمن آنكه تغيير پيوسته زمانبنديسوپاپها را نيز شامل ميشود. با اين وجود استفاده از لغت هوشمند بخاطر هوشمنديبرنامه كنترل آن است. بطوريكه علاوه بر تغيير پيوسته زاويه بادامك براساس سرعتموتور، تغيير آن براساس عوامل ديگر مانند شتاب، شيب روي بطرف بالا و پايين را نيزشامل ميشود.
۲. سازوكار تعويض بادامك
شركت هوندا در دهه 80 ميلادي باارائه سيستم معروف به VTEC پيشگام استفاده از VVT در خودروهاي سواري محسوب ميشود. اين عنوان در واقع مخفف Valve Timing Electronic Control بوده و براي اولين بار درخودروي Civic CRX و Civic NS-X مورد استفاده قرار گرفت و پس از آن برروي ساير مدلهارايج گرديد.
اين سيستم در واقع از دو سري بادامك با شكل نيمرخ تشكيل شده تازمانبندي متفاوتي را توليد نمايد. يك سري از بادامكها در شرايط عادي و سرعت كمتر از 4500 دور در دقيقه مورد استفاده قرار ميگيرد. مجموعه ديگر بادامكها مربوط به سرعتبيشتر است. بديهي است كه چنين سازوكاري قادر به تغيير پيوسته زمانبندي دريچه هانيست و در نتيجه در سرعت كمتر از 4500 دور در دقيقه خودرو حركت نرمي داشته و درسرعت بيشتر از آن بطور ناگهاني اوضاع تغيير ميكند. اين مجموعه توان بيشينه راافزايش داده و سرعت دوراني بيشينه موتور را مانند يك خودروي مجهز به ميل بادامكمسابقهاي، به بيش از 8000 دور دقيقه ميرساند و موجب ميشود تا در يك موتور 1600 سيسي توان بيشينه 30 اسب بخار افزايش يابد. با اين وجود براي رسيدن به چنين توان قابلتوجهي بايد سرعت موتور از مقدار معيني بيشتر باشد و رسيدن به آن نيازمند تعويض دندهمكرر خواهد بود. شركت هوندا اخيرا در برخي مدلها سيستم VTEC دو مرحلهاي را به يكسيستم 3 مرحلهاي توسعه داده است. اگرچه اين مجموعه همچنان نسبت به سيستمهاي تغييرپيوسته زاويه بادامك ضعيفتر ميباشد ولي چون ميتواند ارتفاع گشودگي سوپاپها را نيزتغيير دهد، يك سازوكار VVT قدرتمند محسوب ميشود.
فهرست انواع خودروها باسازوكار تعويض بادامك
Advantage: Powerful at top end
Disadvantage: 2 or 3 stages only, non-continuous; no much improvement to torque; complex
Who use it?
Honda VTEC
Mitsubishi MIVEC
Nissan Neo VVL
مثال۱
Honda's 3-stage VTEC (Valve Timing Elecrtonic Control)
آخرين سيستم 3مرحلهاي VTEC برروي خودروي Civic با موتور تك ميل بادامك رو در ژاپن بكار رفته است. اين سازوكار داراي 3 بادامك با زمانبندي و بر آمدگي مختلف است. لازم به ذكر است كهابعاد و شكل نيمرخ بادامكها نيز با يكديگر متفاوت ميباشد. به عبارت ديگر بادامك سمتراست داراي نيمرخ با بر آمدگي متوسط و سرعت باز و بسته شدن آرام، بادامك سمت چپداراي نيمرخ با بر آمدگي كم و سرعت باز و بسته شدن آرام، و بادامك مياني داراينيمرخ با بر آمدگي زياد و سرعت باز و بسته شدن تند است.
