Cosa sono le fasature delle valvole e come funzionano

Il design del motore a quattro tempi, che funziona sul principio del rilascio di energia durante la combustione di una miscela di carburante e carburante, include un meccanismo importante, senza il quale l'unità non può funzionare. Questo è un meccanismo di distribuzione del tempo o del gas.

Nella maggior parte dei motori standard, è installato nella testata del cilindro. Maggiori dettagli sulla struttura del meccanismo sono descritti in articolo separato... Ora ci concentreremo su cosa sia la fasatura della valvola, nonché su come il suo lavoro influisce sugli indicatori di potenza del motore e sulla sua efficienza.

Cos'è la fasatura della valvola del motore

Brevemente sul meccanismo di temporizzazione stesso. L'albero motore attraverso una trasmissione a cinghia (in molti moderni motori a combustione interna, una catena è installata invece di una cinghia gommata) è collegato a albero a camme. Quando il conducente avvia il motore, il motorino di avviamento aziona il volano. Entrambi gli alberi iniziano a ruotare in modo sincrono, ma a velocità diverse (in pratica, in un giro dell'albero a camme, l'albero motore compie due giri).

Ci sono camme speciali a forma di goccia sull'albero a camme. Quando la struttura ruota, la camma spinge contro lo stelo della valvola caricato a molla. La valvola si apre, consentendo alla miscela di carburante / aria di entrare nel cilindro o di scarico nel collettore di scarico.

La fase di distribuzione del gas è precisamente il momento in cui la valvola inizia ad aprire l'ingresso / uscita prima dell'istante in cui si chiude completamente. Ogni ingegnere che lavora allo sviluppo di un propulsore calcola quale dovrebbe essere l'altezza di apertura della valvola e per quanto tempo rimarrà aperta.

Influenza della fasatura delle valvole sul funzionamento del motore

A seconda della modalità in cui funziona il motore, la distribuzione del gas dovrebbe iniziare prima o dopo. Ciò influisce sull'efficienza dell'unità, sulla sua economia e sulla coppia massima. Questo perché l'apertura / chiusura tempestiva dei collettori di aspirazione e di scarico è fondamentale per sfruttare al meglio l'energia rilasciata durante la combustione dell'HVAC.

Se la valvola di aspirazione inizia ad aprirsi in un momento diverso in cui il pistone esegue la corsa di aspirazione, si verificherà un riempimento irregolare della cavità del cilindro con una porzione di aria fresca e il carburante si mescolerà peggio, il che porterà a una combustione incompleta della miscela.

Per quanto riguarda la valvola di scarico, anche questa dovrebbe aprirsi non prima che il pistone occupi il punto morto inferiore, ma non dopo l'inizio della sua corsa verso l'alto. Nel primo caso, la compressione diminuirà e con essa il motore perderà potenza. Nella seconda i prodotti della combustione con valvola chiusa creeranno resistenza per il pistone, che ha iniziato a salire. Questo è un carico aggiuntivo sul meccanismo a manovella, che può danneggiare alcune delle sue parti.

Per un funzionamento adeguato della centralina è necessaria una fasatura delle valvole diversa. Per una modalità, è necessario che le valvole si aprano prima e si chiudano più tardi, e per le altre, viceversa. Anche il parametro di sovrapposizione è di grande importanza: se entrambe le valvole verranno aperte contemporaneamente.

La maggior parte dei motori standard ha una temporizzazione fissa. Un tale motore, a seconda del tipo di albero a camme, avrà la massima efficienza sia in modalità sportiva che con guida misurata a bassi regimi.

Oggi, molte auto del segmento medio e premium sono dotate di motori, il cui sistema di distribuzione del gas può modificare alcuni parametri di apertura della valvola, grazie al quale il riempimento e la ventilazione di alta qualità dei cilindri avviene a diverse velocità dell'albero motore.

Ecco come eseguire il tempismo a diversi regimi del motore:

1. Il minimo richiede le cosiddette fasi strette. Ciò significa che le valvole iniziano ad aprirsi più tardi e l'ora della loro chiusura, al contrario, è anticipata. Non esiste uno stato aperto simultaneo in questa modalità (entrambe le valvole non saranno aperte contemporaneamente). Quando la rotazione dell'albero motore ha poca importanza, quando le fasi si sovrappongono, i gas di scarico possono entrare nel collettore di aspirazione e un certo volume di VTS può entrare nello scarico.
2. La modalità più potente: richiede fasi ampie. Questa è una modalità in cui le valvole hanno una posizione aperta più corta a causa dell'alta velocità. Ciò porta al fatto che durante la guida sportiva, il riempimento e la ventilazione dei cilindri vengono eseguiti in modo scadente. Per rimediare alla situazione è necessario modificare la fasatura delle valvole, ovvero le valvole devono essere aperte prima e la loro durata in questa posizione deve aumentare.

Quando si sviluppa la progettazione di motori con fasatura variabile delle valvole, gli ingegneri tengono conto della dipendenza del momento di apertura della valvola dalla velocità dell'albero motore. Questi sistemi complessi consentono al motore di essere il più versatile possibile per diversi stili di guida. Grazie a questo sviluppo, l'unità mostra un'ampia gamma di possibilità:

• Ai bassi regimi il motore dovrebbe essere fibroso;
• Quando i giri aumentano, non dovrebbe perdere potenza;
• Indipendentemente dalla modalità in cui funziona il motore a combustione interna, il risparmio di carburante e con esso la compatibilità ambientale del trasporto dovrebbero avere il livello più alto possibile per una particolare unità.

Tutti questi parametri possono essere modificati cambiando il design degli alberi a camme. Tuttavia, in questo caso, l'efficienza del motore avrà il suo limite solo in una modalità. Che ne dici del motore in grado di cambiare il profilo da solo a seconda del numero di giri dell'albero motore?

Fasatura variabile delle valvole

L'idea stessa di modificare il tempo di apertura della valvola durante il funzionamento della centralina non è nuova. Questa idea appariva periodicamente nella mente degli ingegneri che stavano ancora sviluppando motori a vapore.

Quindi, uno di questi sviluppi è stato chiamato un ingranaggio Stevenson. Il meccanismo ha cambiato il tempo di ingresso del vapore nel cilindro di lavoro. Il regime è stato chiamato "taglio a vapore". Quando il meccanismo è stato attivato, la pressione è stata reindirizzata a seconda del design del veicolo. Per questo motivo, oltre al fumo, le vecchie locomotive a vapore emettevano anche sbuffi di vapore quando il treno era fermo.

Anche il lavoro di modifica della fasatura delle valvole è stato eseguito con unità aeronautiche. Quindi, un modello sperimentale del motore V-8 dell'azienda Clerget-Blin con una capacità di 200 cavalli potrebbe cambiare questo parametro a causa del fatto che il design del meccanismo includeva un albero a camme scorrevole.

E sul motore Lycoming XR-7755 erano installati alberi a camme, in cui c'erano due camme diverse per ciascuna valvola. Il dispositivo aveva un azionamento meccanico ed è stato attivato dallo stesso pilota. Poteva scegliere una delle due opzioni a seconda che avesse bisogno di prendere l'aereo in cielo, allontanarsi dall'inseguimento o semplicemente volare in modo economico.

Per quanto riguarda l'industria automobilistica, gli ingegneri hanno iniziato a pensare all'applicazione di questa idea negli anni '20 del secolo scorso. Il motivo era l'emergere di motori ad alta velocità installati su auto sportive. L'aumento di potenza in tali unità aveva un certo limite, sebbene l'unità potesse essere svolta ancora di più. Affinché il veicolo avesse più potenza, all'inizio, il volume del motore è stato solo aumentato.

Il primo a introdurre la fasatura variabile delle valvole è stato Lawrence Pomeroy, che ha lavorato come capo progettista per la casa automobilistica Vauxhall. Ha creato un motore in cui è stato installato uno speciale albero a camme nel meccanismo di distribuzione del gas. Alcune delle sue cam avevano diversi set di profili.

Il 4.4 litri H-Type, a seconda della velocità dell'albero motore e del carico che ha subito, potrebbe spostare l'albero a camme lungo l'asse longitudinale. A causa di ciò, l'ora e l'altezza delle valvole sono state modificate. Poiché questa parte aveva limitazioni nel movimento, anche il controllo di fase aveva i suoi limiti.

Anche Porsche è stata coinvolta in un'idea simile. Nel 1959 apparve un brevetto per le "camme oscillanti" dell'albero a camme. Questo sviluppo avrebbe dovuto modificare l'altezza delle valvole e, allo stesso tempo, il tempo della loro apertura. Lo sviluppo è rimasto allo stadio di progetto.

Il primissimo meccanismo di controllo della fasatura delle valvole funzionante è stato sviluppato da Fiat. L'invenzione è stata sviluppata da Giovanni Torazza alla fine degli anni '60. Il meccanismo utilizzava pulsanti idraulici, che cambiavano il punto di articolazione della punteria della valvola. Il dispositivo ha funzionato a seconda della velocità del motore e della pressione nel collettore di aspirazione.

Tuttavia, la prima vettura di produzione con fasi GR variabili era dell'Alfa Romeo. Il modello Spider del 1980 ha ricevuto un meccanismo elettronico che cambia fasi a seconda delle modalità di funzionamento del motore a combustione interna.

Modi per modificare la durata e la larghezza della fasatura della valvola

Oggi esistono diversi tipi di meccanismi che cambiano il momento, il tempo e l'altezza di apertura della valvola:

1. Nella sua forma più semplice, si tratta di una frizione speciale installata sull'azionamento del meccanismo di distribuzione del gas (sfasatore). Il controllo è effettuato grazie all'effetto idraulico sul meccanismo esecutivo, e il controllo è effettuato dall'elettronica. Quando il motore è al minimo, l'albero a camme è nella sua posizione originale. Non appena i giri aumentano, l'elettronica reagisce a questo parametro e attiva l'idraulica, che ruota leggermente l'albero a camme rispetto alla posizione iniziale. Grazie a ciò, le valvole si aprono un po 'prima, il che consente di riempire rapidamente i cilindri con una porzione fresca di BTC.
2. Modifica del profilo della camma. Questo è uno sviluppo che gli automobilisti utilizzano da molto tempo. L'installazione di un albero a camme con camme non standard può far funzionare l'unità in modo più efficiente a regimi più elevati. Tuttavia, tali aggiornamenti devono essere eseguiti da un meccanico esperto, il che porta a grandi sprechi. Nei motori con sistema VVTL-i, gli alberi a camme hanno diversi set di camme con profili diversi. Quando il motore a combustione interna è al minimo, gli elementi standard svolgono la loro funzione. Non appena l'indicatore di velocità dell'albero motore si sposta oltre il segno di 6 mila, l'albero a camme si sposta leggermente, a causa del quale entra in funzione un'altra serie di camme. Un processo simile si verifica quando il motore gira fino a 8.5 mila e il terzo set di camme inizia a funzionare, il che rende le fasi ancora più ampie.
3. Modifica dell'altezza di apertura della valvola. Questo sviluppo consente di modificare contemporaneamente le modalità operative della distribuzione, nonché di escludere la valvola a farfalla. In tali meccanismi, premendo il pedale dell'acceleratore si attiva un dispositivo meccanico che influenza la forza di apertura delle valvole di aspirazione. Questo sistema riduce il consumo di carburante di circa il 15 percento e aumenta la potenza dell'unità della stessa quantità. Nei motori più moderni, non viene utilizzato un analogo meccanico, ma elettromagnetico. Il vantaggio della seconda opzione è che l'elettronica è in grado di cambiare in modo più efficiente e fluido le modalità di apertura della valvola. Le altezze di sollevamento possono essere quasi ideali e gli orari di apertura possono essere più ampi rispetto alle versioni precedenti. Un tale sviluppo per risparmiare carburante potrebbe persino spegnere alcuni cilindri (non aprire alcune valvole). Questi motori attivano il sistema quando l'auto si ferma, ma non è necessario spegnere il motore a combustione interna (ad esempio, a un semaforo) o quando il guidatore rallenta l'auto con il motore a combustione interna.

Perché cambiare la fasatura delle valvole

L'utilizzo di meccanismi che modificano la fasatura delle valvole consentono:

• È più efficiente utilizzare la risorsa dell'unità di potenza in diverse modalità di funzionamento;
• Aumenta la potenza senza la necessità di installare un albero a camme personalizzato;
• Rendi il veicolo più economico;
• Fornire un riempimento e una ventilazione efficaci delle bombole ad alta velocità;
• Aumentare la compatibilità ambientale del trasporto grazie a una combustione più efficiente della miscela aria-carburante.

Poiché le diverse modalità di funzionamento del motore a combustione interna richiedono i propri parametri di fasatura delle valvole, utilizzando i meccanismi per cambiare l'FGR, la macchina può corrispondere ai parametri ideali di potenza, coppia, rispetto dell'ambiente e economia. L'unico problema che nessun produttore può risolvere finora è l'alto costo del dispositivo. Rispetto a un motore standard, un analogo dotato di un meccanismo simile costerà quasi il doppio.

Alcuni automobilisti utilizzano sistemi di fasatura variabile delle valvole per aumentare la potenza dell'auto. Tuttavia, con l'aiuto di una cinghia di distribuzione modificata, è impossibile spremere il massimo dall'unità. Leggi altre possibilità qui.

In conclusione, offriamo un piccolo aiuto visivo sul funzionamento del sistema di fasatura variabile delle valvole:

Sistema di fasatura variabile delle valvole sull'esempio di CVVT

Domande e risposte:

Qual è la fasatura delle valvole? Questo è il momento in cui la valvola (ingresso o uscita) si apre/chiude. Questo termine è espresso in gradi di rotazione dell'albero motore.

ЧCosa influenza la fasatura delle valvole? La fasatura delle valvole è influenzata dalla modalità di funzionamento del motore. Se non è presente alcuno sfasatore nei tempi, l'effetto massimo si ottiene solo in un determinato intervallo di giri del motore.

A cosa serve il diagramma di fasatura delle valvole? Questo diagramma mostra l'efficienza del riempimento, della combustione e della pulizia dei cilindri a un determinato intervallo di giri. Consente di selezionare correttamente la fasatura delle valvole.