Самые ранние системы подъема клапанов, такие как Honda VTEC, меняют подъем клапанов путем переключения между медленными и быстрыми кулачками в пороговой точке. Такой дискретный механизм не только создает шаг в кривой мощности (который воспринимается как «неочищенный»), но его дыхание также является компромиссом. Идеальная система подъема клапана (VVL) должна быть способна непрерывно менять ход клапана в соответствии с оборотом, т. Е. Чем выше частота вращения, тем выше требуется подъем. Сравните с неподвижным клапаном, скомпенсированным для среднечастотного оборота, VVL усиливает мощность при высоком обороте, подавая двигателю больше воздуха на дыхание. При низких оборотах его уменьшенный подъем клапана ускоряет поток воздуха, улучшая воздушно-топливную смесь, таким образом, улучшая экономию топлива и чистую эмиссию. Кроме того, автопроизводители могут использовать CVVL для регулирования мощности двигателя.

 

BMW Valvetronic

   Дебютировавший в BMW 316ti Compact в 2001 году, Valvetronic стал первым непрерывным механизмом с регулируемым клапаном, который был выпущен в производство. Целью Valvetronic было не столько увеличить мощность, сколько снизить расход топлива. В соответствии с положением педали газа он регулирует мощность двигателя, изменяя глубину подъема клапана. Это означает, что обычная дроссельная заслонка может быть отключена, что уменьшает потери при откачке. В целом, BMW добился снижения расхода топлива на 10% с помощью Valvetronic.

            

  В сравнении с обычным двигателем, Valvetronic добавляет электродвигатель, эксцентриковый вал и на каждом впускном клапане промежуточную консоль. Впускной распределительный вал действует на промежуточные коромысла через роликовые подшипники. Когда водитель разгоняет автомобиль и требуется большая мощность двигателя, электродвигатель вращает эксцентриковый вал, который толкает промежуточные рычаги коромысла и, в свою очередь, заставляет клапан открываться глубже. Вы можете легко понять его теорию, просмотрев приведенные ниже иллюстрации.

  

  Несмотря на то, что Valvetronic эффективен для снижения расхода топлива при частичной нагрузке, он не приносит пользы при максимальной мощности, потому что его дополнительные компоненты приводят к дополнительным трениям и инерции, тем самым ограничивая обороты двигателя. Вот почему BMW никогда не применял Valvetronic к своим высокопроизводительным двигателям M-power. Другим недостатком является его размер, который занимает много места над головкой блока цилиндров.

Преимущество Уменьшает расход топлива
Недостаток Большие размеры, дополнительное трение и инерция, поэтому не подходят для высокооборотных двигателей
Кто его использует? BMW inline-4, inline-6, V8 и V12

 

Nissan VVEL

Nissan представила свой Variable Valve Event и Lift (VVEL) в 2007 году как вторая система CVVL в мире. Первое приложение было на VQ37VHR V6 двигателе Skyline Coupe (Infiniti G37). Сравните с BMW Valvetronic, система Nissan более компактна, включает в себя меньше деталей и меньше потерь энергии, поэтому подходит для высокопроизводительных двигателей.

   Хотя говорят, что VVEL использует меньше деталей, он по-прежнему является сложным  механизмом. На приведенном выше рисунке показана его внутренняя конструкция, которая вообще не похожа на обычные клапанные механизмы. VVEL не использует обычный распределительный вал впуска. Каждый клапан приводится в действие кулачком, который поворачивается, но не фиксируется на распределительном валу. Хотя обычные кулачки вращаются вокруг распределительного вала, кулачок в VVEL качается вверх и вниз возвратно-поступательно, поэтому он не нуждается в симметричном профиле. Его движение управляется распределительным валом через ряд компонентов, то есть эксцентриковый кулачок, закрепленный на распределительном валу, звено A, рычаг коромысла и звено B. Не слишком ли это сложно? Следующая анимация поможет вам понять, как она работает:

 


   Как VVEL изменяет подъем клапана? Это осуществляется с помощью эксцентрикового вала управления внутри роликового рычага. Вращая эксцентриковый контрольный вал, положение качающегося рычага сдвигается, изменяя геометрию линий А и В, а затем и угол поворота кулачка. Угол поворота кулачка определяет степень подъема клапана, как видно из приведенных выше диаграмм.

Nissan заявляет, что VVEL экономит 10% топлива при легкой нагрузке из-за уменьшенной роли дроссельной заслонки (он не полностью устраняет дроссель), но он не уточнил, какое усиление появляется в мощности мотора. VQ37VHR производит на 8 процентов больше лошадиных сил, чем его предшественник, не-VVEL VQ35HR. Принимая во внимание повышенное смещение и степень сжатия, VVEL, по-видимому, мало способствует наивысшей мощности. Это связано с тем, что его преимущество в эффективности впуска в значительной степени устраняется дополнительным трением компонентов VVEL. Тем не менее, двигатель VQ37VHR может вращаться до 7500 об / мин, доказывая, что VVEL не ставит под угрозу производительность на верхнем пределе оборотов, такую ​​как BMW Valvetronic.

Преимущество Увеличенная мощность при высоких оборотах. Экономия топлива, устраняя дроссельную заслонку.
Недостаток Механизм очень сложный, громоздкий и дорогой.
Кто его использует? Nissan VQ37VHR V6

 

Toyota Valvematic

Toyota присоединилась к клубу CVVL в 2008 году с использованием технологии Valvematic. Сравните с BMW Valvetronic и Nissan VVEL, Valvematic кажется лучше во многих аспектах: его конструкция относительно проста. Он компактен и не увеличивает высоту головки цилиндра; Самое главное, это добавляет немного инерции и трения, поэтому не ставит под угрозу верхнюю силу. Toyota утверждает, что она улучшает мощность на 10% при снижении расхода топлива на 5-10% при регулярном вождении.

     

   Valvematic использует промежуточный вал (синяя часть в верхнем левом изображении) для достижения непрерывного подъема переменного клапана. Промежуточный вал имеет исполнительный элемент для каждого цилиндра. Каждый приводной элемент выполнен из двух перфорирующих пальцев, которые ламинируют элемент подшипника ролика (верхний правый рисунок). Последователи пальцев могут вращаться относительно ролика с помощью внутренних зубчатых передач и электродвигателя, прикрепленного к концу промежуточного вала. Обратите внимание, что резьба шестерни ролика и следящие пальцы находятся в противоположном направлении. Это означает, что когда вал поворачивается, роликовый элемент и следящие пальцы будут двигаться в противоположном направлении, перемещаясь либо отдельно, либо ближе друг к другу. Таким образом, угол оси между ними может изменяться бесконечно с помощью электродвигателя.

   Теперь смотрим рисунок ниже. Впускной клапан приводится в действие распределительным валом через промежуточный вал. Точнее говоря, распределительный вал действует на роликовый элемент промежуточного вала, передавая движение на оба пальца, а затем на рычаги роликовых роликов и в конечном итоге на впускные клапаны.

   Как видно из рисунка выше, когда указатель пальца установлен под узким углом относительно ролика, он приводит к низкому подъему клапана. Когда угол поворота пальца увеличивается (рисунок ниже), подъем клапана также увеличивается. Таким образом, Valvematic может изменять подъем клапана, регулируя угол наклона пальцев. В первом 2,0-литровом двигателе Valvematic лифт может варьироваться от 0,97 до 11 мм. Первый сохраняет потребность в дроссельной заслонке, тем самым уменьшая расход топлива при частичной нагрузке. Высокий подъем обеспечивает более сильную верхнюю мощность. Возьмите 2,0-литровый двигатель Valvematic в качестве примера снова, он производит максимум 158 лошадиных сил, по сравнению с 143 л.с. обычной версии с двумя VVT-i.

 

 

 

 

 

FIAT Multiair

   Некоторые системы управления с регулируемым клапаном, такие как BMW Valvetronic, Nissan VVEL и Toyota Valvematic, способны беспрепятственно менять степень открытия клапана в зависимости от потребностей. В дополнение к непрерывной фазировке кулачков. Однако эти системы еще далеки от совершенства. Идеальная система управления клапанами должна обеспечивать неограниченную гибкость стратегии клапана - другими словами, любой подъем клапана в любое время - для достижения желаемого эффекта горения. Никакие механические системы никогда не смогут достичь этой функции. Поэтому некоторые консультанты и поставщики работают над полностью электромагнитными клапанами. Однако до сих пор такие технологии по-прежнему сталкиваются с трудностями в решении технических задач, такими как размер / вес, затраты, надежность и потребление энергии. Вместо этого инженеры силовых агрегатов в группе FIAT разработали более практичные, но все еще очень гибкий, тип механизма управления регулируемым клапаном. Они называют это «Multiair». Первая заявка была введена в двигатель 1.4 FIRE в 2009 году, а затем последовать в новый двухцилиндровый двигателю объёмом 900 куб.см.

Несомненно, Multiair до сих пор является наиболее гибким видом системы VVT. Из приведенных ниже графиков вы можете увидеть, что он позволяет по меньшей мере 5-ти различным типам стратегий впускных клапанов соответствовать различным условиям работы. Помимо обычного перехода между длительной и короткой продолжительностью, высоким подъемом и низким подъемом, он также позволяет закрывать клапаны и во время такта впуска!

Теперь давайте посмотрим на его механизм. Система Multiair первоначально работает с конструкцией с 4 клапанами SOHC, потому что ее дополнительные электрогидравлические компоненты занимают пространство, первоначально оставленное для распределительного вала впуска. В то время как единственный распределительный вал управляет выпускными клапанами прямо в обычном режиме, он управляет впускными клапанами через ряд компонентов: роликовые коньки ----> гидравлические поршни ---> гидравлические камеры (которые оснащены электромагнитными клапанами с электронным управлением) --- > приводы гидравлических клапанов. Это означает, что приведение в действие осуществляется комбинацией механических и гидравлических средств.

Обычно, когда электромагнитный клапан отключен и закрыт, масло не может попасть в гидравлическую камеру, поэтому оно протекает непосредственно от гидравлического поршня к приводу клапана. Вы можете видеть это гидравлическое звено как твердое тело, потому что у масла нет места для вылета. Поэтому движение впускного клапана точно соответствует профилю впускного кулачка. Поскольку профиль кулачковой камеры рассчитан на высокую мощность (т.е. высокий подъем и длительное время открытия), эта стратегия подходит для работы с высоким оборотом. (Рисунок 1)

 

Когда электромагнитный клапан находится под напряжением, он открывается и позволяет маслу течь в гидравлическую камеру. В результате масло не будет поступать к приводу клапана, поэтому впускной клапан закроется под действием пружины отскока. Таким образом, Multiair может отключать впускные клапаны в любой момент. (Fig. 3 и Fig. 4)

Предположим, что впускной клапан закрыт на некоторое время, затем электромагнитный клапан гидравлической камеры закроется. Что случится? В этом случае масло снова потечет непосредственно к приводу клапана, поэтому впускной клапан будет следовать за профилем кулачка и снова откроется. Однако, поскольку некоторое время и объем масла уже «потеряны» (в гидравлической камере) во время открытия электромагнитного клапана, подъем клапана будет уменьшен. Степень уменьшения зависит от момента закрытия электромагнитного клапана. Чем позже соленоидный клапан закроется, тем выше будет подъем нижнего клапана. Таким образом, Multiair может варьировать время подъема и открытия впускных клапанов. (Рис. 2)

Теперь рассмотрим вышеприведенные графики подъема клапана: 

Fig.1 Режим работы с высокими оборотами. 

Fig.2 Работа при низкой нагрузке. Позднее открытие клапана приводит к частичному вакууму в камере сгорания. В дополнение к низкому подъему клапана поток всасываемого воздуха значительно ускоряется, создавая турбулентность, таким образом улучшая воздушную и топливную смесь. Это способствует экономии топлива и выбросов. 

Fig.3 Подходит для широкого диапазона работы с частичной нагрузкой. В зависимости от потребности в мощности, количество воздуха может контролироваться ранним закрытием впускных клапанов. Это устраняет необходимость использования дроссельной заслонки (например, BMW Valvetronic) и уменьшает потери на всасывании до 10%. 

Fig.4 Предназначен для ускорения ускорения с малыми оборотами. Хотя это позволяет увеличить объем всасываемого воздуха по сравнению с Fig.2 и 3, раннее закрытие клапана не обеспечивает возврата воздуха во впускные коллекторы вблизи конца такта впуска. (Примечание: сочетание быстрой синхронизации распредвала и работа при низких оборотах может привести к обратному потоку, поэтому Multiair необходимо закрыть клапаны ранее. Другие двигатели не имеет эту проблему, потому что они либо используют переменную фазировку кулачков либо скомпенсировано время кулачка.) 

Fig.5 является так называемый режим «Multilift» и предназначен для работы на очень низких оборотах. Он сочетает в себе стратегию Fig.2 и 3 и их преимущества - регулируемое потребление и улучшенное качество воздушно-топливной смеси.

Сочетая эти режимы и требования FIAT Multiair улучшает максимальную мощность на 10%, крутящий момент на низких оборотах на 15% и экономию топлива на 10%. Кроме того, выбросы HC, CO и NOx с холодным пуском снижаются на 40% и 60% соответственно благодаря его способности рециркуляции отработавших газов. Эта технология также совместима с дизельными двигателями, что означает существенное снижение затрат.

Тем не менее, я вижу несколько недостатков Multiair: во-первых, на данный момент он совместим только с двигателями SOHC из-за громоздкого механизма. Это означает, что в то время, когда он позволяет изменять время и подъем для впускных клапанов, он не предлагает это для выпускных клапанов. При добавлении переменной фазировки выхлопных кулачков может потребоваться сложный механизм кулачка в кулачке, подобный используемому Dodge Viper 8.4. Во-вторых, конструкция SOHC и сложный электрогидравлический механизм могут генерировать дополнительное трение, поэтому он не подходит для высокоскоростных высокомощных двигателей, что является общей проблемой, связанной с BMW Valvetronic. Он более подходит для двигателей массового производства и двигателей с турбонаддувом с низким оборотом. Наконец, электрогидравлический механизм может затруднить обслуживание и понизить надежность.

Преимущество Очень гибкая - возможность изменения подъема клапана, раннего открытия / закрытия впуска и даже нескольких отверстий во время такта впуска, следовательно, улучшенная производительность, снижение потребления и выбросов.
Недостаток Механизм довольно громоздкий, который трудно применять к двигателям DOHC; Не идеально совместим с фазированием переменной cam.
Кто его использует? FIAT group 1.4 FIRE двигатель, двухцилиндровый двигатель 900cc SGE