Με την καθιέρωση των πολυβάλβιδων κεφαλών, η επόμενη λύση. σχετικά με την αύξηση της απόδοσης και τη μείωση της κατανάλωσης των

Transcript

1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΥ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Variable Valve Timing (VVT) Εισαγωγή Βασικές Έννοιες Με την καθιέρωση των πολυβάλβιδων κεφαλών, η επόμενη λύση σχετικά με την αύξηση της απόδοσης και τη μείωση της κατανάλωσης των σύγχρονων 4χρονων βενζινοκινητήρων είναι η υιοθέτηση των συστημάτων μεταβλητού χρονισμού. Αυτά λοιπόν τα συστήματα πρωτοεμφανίστηκαν στα μέσα της δεκαετίας του 80 (Honda CRX VTEC) και από τότε έχουν γίνει ιδιαίτερα δημοφιλή. Στις επόμενες λοιπόν σελίδες παρουσιάζεται η γενικότερη φιλοσοφία των συστημάτων αυτών καθώς επίσης αναλύεται και το κάθε σύστημα ξεχωριστά. Αρχικά λοιπόν πρέπει να γίνει μια σύντομη αναφορά στο ρόλο των βαλβίδων στη λειτουργία του κινητήρα. Όπως είναι λοιπόν γνωστό, οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής του κινητήρα πραγματοποιούν την αναπνοή του κινητήρα. Συνεπώς η χρονική στιγμή που ανοίγει και κλείνει η κάθε βαλβίδα καθορίζεται αυστηρά, και παίζει ρόλο ζωτικής σημασίας στη λειτουργία του κινητήρα. Ο χρονισμός αυτός των βαλβίδων στους συμβατικούς κινητήρες καθορίζεται με απόλυτη ακρίβεια από τον κατασκευαστή, με τη σχεδίαση των έκκεντρων του εκκεντροφόρου. Όμως όταν ο κινητήρας λειτουργεί π.χ. σε υψηλούς ρυθμούς περιστροφής, τότε οι βαλβίδες εισαγωγής ανοίγουν για πολύ μικρό διάστημα, με αποτέλεσμα ο φρέσκος ατμοσφαιρικός αέρας να μην έχει την απαραίτητη ταχύτητα και τον απαιτούμενο χρόνο για να πληρώσει τον θάλαμο καύσης. Έτσι λοιπόν έχουμε το φαινόμενο της ελλιπούς καύσης η οποία οδηγεί στην πτώση της απόδοσης του κινητήρα. Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και στις

2 βαλβίδες εξαγωγής οι οποίες στις υψηλές στροφές δεν προλαβαίνουν να εκκενώσουν τον θάλαμο καύσης από τα καυσαέρια. Λόγω των παραπάνω φαινομένων οι σχεδιαστές δημιούργησαν ένα τέχνασμα στον χρονισμό των βαλβίδων που ονομάστηκε επικάλυψη ή overlap. Σύμφωνα λοιπόν με αυτήν την τεχνική, οι βαλβίδες εισαγωγής ανοίγουν νωρίτερα από το κανονικό ενώ οι βαλβίδες εξαγωγής κλείνουν με καθυστέρηση. Έτσι υπάρχει αρκετός χρόνος για να γεμίσει ο κύλινδρος με καύσιμο μίγμα, αλλά και να εκκενωθεί πλήρως από τα καυσαέρια. Βέβαια για ένα μικρό χρονικό διάστημα οι δύο βαλβίδες βρίσκονται ταυτόχρονα ανοιχτές, όμως αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα αλλά προτέρημα, αφού το καύσιμο μίγμα εισερχόμενο στον κύλινδρο δημιουργεί ένα ρεύμα αερίων που ωθεί τα εναπομείναντα καυσαέρια προς την εξαγωγή. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται καθαρά η χρονική στιγμή της επικάλυψης (overlap) σε έναν κινητήρα εφοδιασμένο με εκκεντροφόρους υψηλών επιδόσεων. Παρατηρούμε λοιπόν ότι για ένα μεγάλο σχετικά χρονικό διάστημα, οι βαλβίδες της εισαγωγής και της εξαγωγής είναι ταυτόχρονα ανοιχτές.

3 Με την τεχνική λοιπόν της επικάλυψης επιτυγχάνεται πολύ καλή λειτουργία του κινητήρα. Ωστόσο αυτό ισχύει μόνο για μια περιορισμένη περιοχή στροφών, αφού είναι διαφορετικές οι απαιτήσεις του κινητήρα στις χαμηλές, τις μεσαίες και τις υψηλές στροφές. Αν τοποθετηθεί λοιπόν στον κινητήρα ένας εκκεντροφόρος με γεωμετρικά χαρακτηριστικά τα οποία εξασφαλίζουν μεγάλο overlap στις βαλβίδες (Σχήμα Α), τότε ο κινητήρας θα αποδίδει καταπληκτικά στις υψηλές στροφές, αλλά σε χαμηλούς ρυθμούς λειτουργίας η απόδοσή του θα είναι πολύ χειρότερη από πριν. Και αντιστρόφως, χωρίς καθόλου overlap (Σχήμα Β) ο κινητήρας δεν θα ανεβάζει στροφές και η ωφέλιμη λειτουργία του θα περιοριστεί στις χαμηλές στροφές. Αρχικά οι κατασκευαστές κινητήρων υιοθέτησαν συμβιβαστικές λύσεις. Επέλεγαν δηλαδή τα στοιχεία του χρονισμού του κινητήρα ανάλογα με τη χρήση του. Στα επαγγελματικά π.χ. αυτοκίνητα μεταφορών τοποθετούνταν κινητήρες με σχεδόν μηδενικό overlap έτσι ώστε να λειτουργούν καλά στις χαμηλές στροφές, ενώ στους αγωνιστικούς κινητήρες επιλέγονταν πολύ άγριοι εκκεντροφόροι με πολύ μεγάλο overlap, όπου απέδιδαν εκπληκτικά στις ψηλές στροφές, αλλά στις χαμηλές σχεδόν έσβηναν.

4 Τα διάφορα συστήματα μεταβλητού χρονισμού Honda VTEC Τη λύση στο πρόβλημα του χρονισμού έδωσε τελικά η Honda στα μέσα της δεκαετίας του 80 με την παραγωγή του πρώτου κινητήρα με σύστημα μεταβλητού χρονισμού των βαλβίδων εισαγωγής. Το σύστημα αυτό δεν είναι άλλο από το πασίγνωστο VTEC (Valve Timing Electronic Control) και οι πρώτοι VTEC κινητήρες εξόπλισαν τα μοντέλα Civic, CRX και NSX της Ιαπωνικής εταιρίας. Το πρωτοπόρο αυτό σύστημα της Honda βασίζεται στην ύπαρξη δύο έκκεντρων για κάθε βαλβίδα στον εκκεντροφόρο. Μια μηχανική διάταξη είναι σε θέση να εμπλέκει και να απεμπλέκει τον άγριο εκκεντροφόρο ανάλογα με τις στροφές του κινητήρα. Ειδικότερα, η εμπλοκή και η απεμπλοκή γίνεται με έναν πολύ έξυπνο στη σύλληψη του υδραυλικό μηχανισμό που μετακινεί έναν μεταλλικό πείρο. Όταν λοιπόν οι στροφές του κινητήρα περάσουν ένα ορισμένο όριο (π.χ rpm) τότε ένας σένσορας που μετρά συνεχώς την πίεση του λαδιού του κινητήρα, δίνει εντολή στον υπολογιστή του κινητήρα για την ενεργοποίηση του VTEC. Το σύστημα αυτό βελτιώνει πολύ τη μέγιστη ισχύ του κινητήρα καθώς και την ικανότητά του να λειτουργεί σε πολύ υψηλούς ρυθμούς περιστροφής. Αξίζει να σημειωθεί πως ο πιο πρόσφατος VTEC κινητήρας ο οποίος τοποθετείται στο Honda S2000 μπορεί να λειτουργήσει απροβλημάτιστα έως τις στροφές ανά λεπτό και αποδίδει 240 ίππους από κυβικά εκατοστά. Ωστόσο οι κινητήρες αυτοί υστερούν κάπως σε απόδοση στις χαμηλές στροφές, γι αυτό το λόγο και τοποθετούνται κυρίως σε αυτοκίνητα με προσανατολισμό στη σπορ οδήγηση. Στο διάγραμμα που ακολουθεί φαίνεται καλύτερα η λειτουργία του συστήματος VTEC.

5

6 Honda VTEC τριών σταδίων Πρόσφατα, η Honda κατασκεύασε ένα εξελιγμένο σύστημα μεταβλητού χρονισμού το οποίο βασίζεται στο κλασικό VTEC δυο σταδίων, αλλά με τις κατάλληλες μετατροπές έχει γίνει σύστημα μεταβλητού χρονισμού τριών σταδίων. Επίσης μια βασική διαφορά του συστήματος αυτού με τον προκάτοχό του είναι ότι δεν απαιτεί κινητήρα εφοδιασμένο με δυο εκκεντροφόρους επικεφαλής (DOHC), αλλά εξοπλίζει τους (SOHC) κινητήρες, των οποίων ο ένας και μοναδικός εκκεντροφόρος δυσκόλευε τη δημιουργία συστήματος μεταβλητού χρονισμού. Ο μηχανισμός του συστήματος αυτού χρησιμοποιεί έναν εκκεντροφόρο ο οποίος έχει σχηματισμένα πάνω του τρία έκκεντρα για κάθε κύλινδρο. Τα έκκεντρα αυτά έχουν διαφορετική γεωμετρία και διαφορετικές διαστάσεις. Το μεσαίο είναι το μεγαλύτερο και δημιουργεί άγριο χρονισμό και μεγάλη βύθιση της βαλβίδας. Το έκκεντρο που βρίσκεται δεξιά του δημιουργεί μέτριο χρονισμό και μέτρια βύθιση, ενώ το τρίτο έκκεντρο είναι σχεδιασμένο για ήπιο χρονισμό και μικρή βύθιση των βαλβίδων εισαγωγής. Παρακάτω παρουσιάζεται η σχηματική απεικόνιση του συστήματος αυτού καθώς επίσης και η επιμέρους ανάλυση κάθε σταδίου λειτουργίας του.

7 (1 ο Στάδιο: Χαμηλή Ταχύτητα): Τα τρία κομμάτια του μηχανισμού κινούνται ανεξάρτητα. Συνεπώς το αριστερό κοκοράκι το οποίο κινεί την αριστερή βαλβίδα εισαγωγής, κινείται από το ήπιο αριστερό έκκεντρο. Την ίδια στιγμή, το δεξί κοκοράκι το οποίο κινεί τη δεξιά βαλβίδα εισαγωγής, κινείται από το δεξί έκκεντρο που δημιουργεί μέτριο χρονισμό και βύθισμα. Το μεσαίο, άγριο έκκεντρο γυρνά ελεύθερο χωρίς να χρησιμοποιείται σε αυτή τη φάση. Έτσι λοιπόν έχουμε ανεξάρτητο χρονισμό ανάμεσα στις δυο βαλβίδες εισαγωγής κάθε κυλίνδρου. Οι συνθήκες λοιπόν που δημιουργούνται στο θάλαμο καύσης είναι ιδανικές για τις χαμηλές στροφές λειτουργίας του κινητήρα. (2 ο Στάδιο: Μέτρια Ταχύτητα): Η αύξηση της υδραυλικής πίεσης (πορτοκαλί βέλος στο σχήμα) του συστήματος λίπανσης του κινητήρα, λόγω της αύξησης του ρυθμού περιστροφής αυτού, οδηγεί στην εμπλοκή του αριστερού ωστηρίου με το δεξί, αφήνοντας ελεύθερο το κεντρικό. Το δεξί έκκεντρο λοιπόν, όντας μεγαλύτερο από το αριστερό (ήπιο έκκεντρο), κινεί και τα δύο συνδεδεμένα ωστήρια, άρα και το αριστερό έκκεντρο ουσιαστικά περιστρέφεται ελεύθερο. Έτσι λοιπόν και οι δύο βαλβίδες εισαγωγής αποκτούν μέτριο χρονισμό και μέτρια βύθιση. Έτσι λοιπόν ο κινητήρα αποκτά τις κατάλληλες ρυθμίσεις για να λειτουργήσει σωστά στις μεσαίες στροφές λειτουργίας του. (3 ο Στάδιο:Υψηλή Ταχύτητα): Η υδραυλική πίεση του συστήματος λίπανσης είναι πλέον μεγάλη, έτσι ένας μεταλλικός κινούμενος πείρος εμπλέκει και τα τρία κινούμενα μέρη του συστήματος μεταξύ τους. Έτσι λοιπόν όλος ο μηχανισμός κινείται από το μεγαλύτερο έκκεντρο που δδεν είναι άλλο από το μεσαίο. Η άγρια γεωμετρία αυτού του έκκεντρου δημιουργεί γρήγορο (άγριο)

8 χρονισμό και μεγάλη βύθιση των βαλβίδων, στοιχεία κατάλληλα για επίτευξη υψηλών τιμών ιπποδύναμης. Το παραπάνω σύστημα είναι ένα από τα καλύτερα συστήματα μεταβλητού χρονισμού και πλέον χρησιμοποιείται σε πολλούς κινητήρες της Honda. Τα μοναδικά του μειονεκτήματα είναι η ελαφρά μεγαλύτερη μάζα και πολυπλοκότητα σε σχέση με το VTEC δυο σταδίων και φυσικά το μεγαλύτερο κόστος κατασκευής. Nissan Neo VVL Πρόκειται για ένα σύστημα μεταβολής του χρονισμού των βαλβίδων της εισαγωγής αλλά και της εξαγωγής κατασκευασμένο από την Ιαπωνική αυτοκινητοβιομηχανία Nissan. Το σύστημα αυτό είναι σχεδόν ίδιο με το VTEC τριών σταδίων, μόνο που τώρα τα δυο ακριανά έκκεντρα είναι όμοια. Έτσι στους χαμηλούς ρυθμούς περιστροφής του κινητήρα εμπλέκονται τα δύο ήπια έκκεντρα τα οποία και κινούν τις βαλβίδες εισαγωγής. Το ίδιο συμβαίνει και με τις δυο βαλβίδες εξαγωγής. Στους υψηλούς ρυθμούς περιστροφής εμπλέκεται το άγριο έκκεντρο το οποίο δίνει άγριο χρονισμό και μεγάλο βύθισμα στις βαλβίδες εισαγωγής. Όμοια και εδώ, ο εκκεντροφόρος που κινεί τις βαλβίδες εξαγωγής βρίσκεται στο στάδιο του άγριου χρονισμού. Το τρίτο στάδιο λειτουργίας του συστήματος ενεργοποιείται στις μεσαίες στροφές λειτουργίας με τον ακόλουθο τρόπο. Τα ωστήρια των βαλβίδων εισαγωγής εμπλέκονται στο άγριο έκκεντρο, ενώ τα ωστήρια των βαλβίδων εξαγωγής παραμένουν στα αντίστοιχα ήπια έκκεντρα. Έτσι επιτυγχάνεται άγριος χρονισμός και μεγάλη βύθιση των βαλβίδων εισαγωγής, αλλά ήπιος χρονισμός και μικρή βύθιση των βαλβίδων εξαγωγής, με

9 αποτέλεσμα να δημιουργούνται κατάλληλες συνθήκες για λειτουργία στις μεσαίες στροφές. Συστήματα Μεταβλητού Χρονισμού Μεταβολής της Φάσης του Εκκεντροφόρου (Cam Phasing) Τα συστήματα μεταβλητού χρονισμού πολλών φάσεων αποτελούν τις πιο απλές και φθηνές λύσεις στο πρόβλημα του χρονισμού και προφανώς είναι και οι πιο διαδεδομένες στους κατασκευαστές κινητήρων. Βασική αρχή τους είναι η αλλαγή του χρονισμού των βαλβίδων μέσω της αλλαγής της φάσης (γωνιακή περιστροφή) του εκκεντροφόρου. Για παράδειγμα σε υψηλούς ρυθμούς περιστροφής, ο εκκεντροφόρος της εισαγωγής περιστρέφεται από το μηχανισμό μεταβολή του χρονισμού, κατά 30 ο και αποκτά προπορεία, έτσι ώστε να επιτρέχει την πρόωρη εισαγωγή μίγματος στον κύλινδρο. Αυτή η διαδικασία γίνεται κάτω από τον έλεγχο του υπολογιστή του κινητήρα (ηλεκτρονικός εγκέφαλος) και πραγματοποιείται με τη βοήθεια υδραυλικά περιστρεφόμενων γραναζιών. Είναι λοιπόν προφανές ότι η μέθοδος αυτή μεταβολής του χρονισμού μπορεί να βρει εφαρμογή μόνο σε κινητήρες εξοπλισμένους με δύο εκκεντροφόρους επικεφαλής (DOHC). Επίσης δεν είναι δυνατή η μεταβολή της διάρκειας ή του βυθίσματος των βαλβίδων, αλλά μόνο η προπορεία ή η υστεροπορεία του ανοίγματος της βαλβίδας. Έτσι όταν οι βαλβίδες εισαγωγής ανοίξουν νωρίτερα, θα κλείσουν και νωρίτερα που σημαίνει ότι η ρύθμιση που επιτυγχάνεται δεν είναι η ιδανική. Ωστόσο οι κινητήρες που είναι εφοδιασμένοι με αυτά τα συστήματα αποδίδουν πολύ καλύτερα από τους απλούς κινητήρες, αλλά την ίδια στιγμή το κόστος παραγωγής τους παραμένει στα ίδια επίπεδα,

10 αφού ο μηχανισμός του συστήματος αυτού είναι απλός και φθηνός. Το σύστημα μεταβολής του χρονισμού με μεταβολή της φάσης του εκκεντροφόρου χρησιμοποιείται στους κινητήρες VVT-I της Toyota, διάγραμμα της λειτουργίας του οποίου παρουσιάζεται παρακάτω. Συνεχή και Κλιμακωτά Συστήματα Η πιο απλή μορφή των παραπάνω συστημάτων μεταβολής του χρονισμού, παρέχει τη δυνατότητα περιστροφής του εκκεντροφόρου σε 2 ή 3 συγκεκριμένες θέσεις. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται κλιμακωτά. Τα τελευταία χρόνια ωστόσο έχουν αναπτυχθεί ορισμένα συστήματα τα οποία αλλάζουν συνεχώς τη φάση του εκκεντροφόρου, επιτυγχάνοντας πάντα την ιδανική τιμή προπορείας. Οι κινητήρες που είναι εφοδιασμένοι με τα συστήματα αυτά έχουν λίγο καλύτερη απόδοση αλλά σημαντικά ομαλότερη λειτουργία, αφού η μεταβολή της φάσης δεν γίνεται αντιληπτή. Εισαγωγή και Εξαγωγή Ορισμένα από τα συστήματα VVT εναλλαγή φάσης έχουν τοποθετηθεί και στον εκκεντροφόρο των βαλβίδων εξαγωγής. Ένα από αυτά τα συστήματα είναι το διπλό VANOS της BMW. Το σύστημα αυτό έχει έναν μηχανισμό

11 αλλαγής της φάσης για κάθε έναν από τους εκκεντροφόρους. Έτσι επιτυγχάνεται μεγαλύτερο ποσό επικάλυψης (overlapping) άρα και υψηλότερη απόδοση του κινητήριου συνόλου. Η διαφορά στην απόδοση φαίνεται εύκολα από τη σύγκριση των χαρακτηριστικών δυο κινητήρων της BMW, όπου ο ένας διαθέτει μονό και ο άλλος διπλό VANOS. Στον κινητήρα λοιπόν των κυβικών εκατοστών που κινεί την BMW M3 του 1998, έχουμε διπλό VANOS και ειδική απόδοση 100PS/λίτρο. Ωστόσο στον κινητήρα των κυβικών εκατοστών της παλαιότερης BMW M3 ο οποίος είχε μονό VANOS έχουμε ειδική απόδοση 95PS/λίτρο. Ένα διάγραμμα της λειτουργίας του διπλού VANOS της BMW παρουσιάζεται παρακάτω. Αυτά λοιπόν τα συστήματα μεταβλητού χρονισμού παρά το γεγονός πως δεν είναι τόσο αποδοτικά όσο π.χ. το VTEC, είναι φθηνά και απλά στην κατασκευή τους. Γι αυτό το λόγο χρησιμοποιούνται από πάρα πολλούς κατασκευαστές και για πάρα πολλά είδη κινητήρων. Για παράδειγμα τέτοιο σύστημα χρησιμοποιείται στον κινητήρα τετρακύλινδρο 1.000cc του Toyota Yaris αλλά και στον θηριώδη V12 των 6.000cc της Lamborghini Diablo GT.

12 Στις επόμενες παραγράφους ακολουθεί μια εκτενέστερη περιγραφή των δυο πιο δημοφιλών συστημάτων μεταβολής του χρονισμού με αλλαγή φάσης του εκκεντροφόρου, του VVT-I της Toyota και του VANOS της BMW. Το VANOS της BMW Στη διπλανή φωτογραφία φαίνεται καθαρά ο τρόπος λειτουργίας του συστήματος αυτού. Το άκρο του εκκεντροφόρου ενσωματώνει ένα μεγάλο, αραιό σπείρωμα. Το σπείρωμα εφάπτεται και συνεργάζεται με ένα κέλυφος το οποίο έχει τη δυνατότητα να πλησιάζει και να απομακρύνεται από τον εκκεντροφόρο. Έτσι λοιπόν όταν το κέλυφος ωθηθεί προς τον εκκεντροφόρο, μέσω του σπειρώματος, τα τον περιστρέψει λίγο (αλλαγή φάσης).το αντίστροφο θα συμβεί στην περίπτωση της απομάκρυνσης του κελύφους. Η πίεση και η έλξη του κελύφους πραγματοποιείται από έναν υδραυλικό μηχανισμό. Ο μηχανισμός αυτός αποτελείται από ένα μεταλλικό τύμπανο χωρισμένο από ένα επίσης μεταλλικό χώρισμα. Το χώρισμα μπορεί να παλινδρομεί μέσα στον κύλινδρο ανάλογα με την πίεση που δέχεται από το υγρό που γεμίζει τον κύλινδρο. Ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες ελέγχουν τη δοή του υγρού προς τις δυο περιοχές του κυλίνδρου, ελέγχοντας με αυτόν τον τρόπο την κίνηση του μεταλλικού χωρίσματος. Τέλος το χώρισμα είναι συνδεδεμένο με το κέλυφος του μηχανισμού μεταβολής της φάσης και καθώς μετακινείται, μετακινεί το κέλυφος, το οποίο με τη σειρά του αλλάζη τη φάση του εκκεντροφόρου.

13 Toyota VVT-I (Variable Valve Timing Intelligent) Το σύστημα μεταβολής του χρονισμού της Toyota είναι σχεδόν ίδιο με το VANOS της BMW. Όπως φαίνεται και στις σχετικές φωτογραφίες τα βασικά μέρη του συστήματος είναι παρόμοια και εκτελούν τις ίδιες λειτουργίες. Η μόνη βασική διαφορά του συστήματος αυτού σχετίζεται με το σύστημα ελέγχου του χρονισμού και δικαιολογεί την ύπαρξη του (Intelligent=Έξυπνο) στο όνομά του. Για τη μεταβολή λοιπόν του χρονισμού του κινητήρα, ο υπολογιστής δεν ελέγχει μόνο τις στροφές λειτουργίας του κινητήρα αλλά μέσω διαφόρων αισθητήρων ελέγχει τις γωνία της πεταλούδας του αέρα, την πίεση που ασκείται στο πεντάλ του γκαζιού, αλλά και το αν το αυτοκίνητο ανεβαίνει ή καταβαίνει δρόμο με κλίση. Συστήματα Μεταβολής Χρονισμού Μεταβολής της Φάσης και του Βυθίσματος του Εκκεντροφόρου (Cam Phasing + Cam Changing) Συνδυάζοντας τη μεταβολή του βυθίσματος των συστημάτων VVT και την εναλλαγή της φάσης των εκκεντροφόρων μπορεί να επιτευχθεί σημανική αύξηση της αποδιδόμενης ισχύος του κινητήρα, σε συνδιασμό με την ομαλή και απροβλημάτιστη λειτουργία σε όλο το φάσμα των στροφών. Ωστόσο ένα τέτοιο σύστημα είναι ιδιαίτερα πολύπλοκο και δύσκολο στο σχεδιασμό του, με αποτέλεσμα το κόστος του να είναι αρκετά υψηλό. Δεν είναι τυχαίο λοιπόν

14 που ως τώρα οι μοναδικές εταιρίες που έχουν αναπτύξει τέτοιο σύστημα είναι η Toyota και η Porsche. Στις επόμενες παραγράφους θα αναλυθούν τα συστήματα μεταβλητού χρονισμού βύθισης των δυο αυτών εταιριών. Toyota VVTL-I Το VVTL-I της Toyota είναι το πιο σύνθετο και έξυπνο στη σύλληψή του σύστημα VVT. Συνδυάζει: Συνεχή μεταβολή της φάσης του εκκεντροφόρου Μεταβολή της βύθισης σε 2 στάδια Μεταβολή της διάρκειας σε 2 στάδια Είναι τοποθετημένος στον εκκεντροφόρο της εισαγωγής αλλά και σε αυτόν της εξαγωγής. Μπορεί να πει κανείς ότι το σύστημα αυτό αποτελεί ένα συνδιασμό του VVT-I και του VTEC της Honda, ωστόσο ο μηχανισμός του είναι διαφορετικός από αυτόν του VTEC. Το σύστημα λοιπόν αυτό διαθέτει τον μηχανισμό μεταβολής της φάσης του VVT-I, ο οποίος και σε αυτή την περίπτωση καθοδηγείται από τον Η/Υ του κινητήρα λαμβάνοντας υπ όψη του πολλούς παράγοντες του περιβάλλοντος και των συνθηκών οδήγησης. Ωστόσο όντας εξελιγμένος και τοποθετημένος και στον εκκεντροφόρο εξαγωγής, δίνει τη δυνατότητα συνεχόμενης μεταβολής του χρονισμού αλλάζοντας τη φάση του εκκεντροφόρου έως και 60 ο. Συνεπώς είναι μάλλον το τελειότερο σύστημα μεταβολής της φάσης. Επιπλέον το VVTL-I είναι εφοδιασμένο και με το σύστημα (Valve Lift System) το οποίο λειτουργεί όπως το VTEC. Ο εκκεντροφόρος λοιπόν

15 διαθέτει 2 διαφορετικά έκκεντρα, ένα για μεγάλη βύθιση των βαλβίδων και μεγάλη διάρκεια και ένα για μικρή βύθιση και διάρκεια. Επίσης ένας υδραυλικά κινούμενος πείρος είναι σε θέση να εμπλέκει και να απεμπλέκει τα ωστήρια από το άγριο έκκεντρο. Ωστόσο όταν το ο μηχανισμός των ωστηρίων κινείται από το άγριο έκκεντρο, το ήπιο έκκεντρο ολισθαίνει πάνω σε έναν περιστρεφόμενο μικρό κύλινδρο έτσι ώστε να περιορίζονται οι απώλειες ισχύος λόγω τριβών. Τελικά το μοναδικό περιθώριο βελτίωσης του συστήματος αυτού σχετίζεται με τη βύθιση. Είναι γεγονός ότι η βύθιση 2 σταδίων δεν αποτελεί καινοτομί στα συστήματα μεταβλητού χρονισμού. Ωστόσο αναμφίβολα το σύστημα VVTL-I της Toyota είναι το πιο εξελιγμένο σύστημα VVT έως τώρα. Τα μοναδικά του πραγματικά μειονεκτήματα είναι η πολυπλοκότητά του καθώς και το υψηλό κόστος παραγωγής. Porsche Variocam Plus Το σύστημα μεταβλητού χρονισμού της Porsche, Variocam Plus είναι εξέλιξη του απλού Variocam που πρωτοπαρουσιάστηκε το 1991 στον κινητήρα της Porsche 968, αλλά και σε αυτόν της Boxter. Το νέο Variocam Plus παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το 2000 τοποθετημένο στον κινητήρα

16 της νέας 911 Turbo, καθώς επίσης πρόσφατα τοποθετήθηκε και στη νέα 911 Carrera. Για τη μεταβολή της φάσης του εκκεντροφόρου χρησιμοποιεί την κλασική λύση του υδραυλικά κινούμενου τυμπάνου που συναντάμε και στο VANOS της BMW. Όσο για το μηχανισμό της βύθισης και της διάρκειας των βαλβίδων, αυτός είναι εν μέρει διαφορετικός από τους υπόλοιπους VVT. Αποτελείται από έναν εκκεντροφόρο με ένα ήπιο έκκεντρο για κάθε βαλβίδα και δυο άγρια εκατέρωθέν του. Επιπλέον οι βαλβίδες είναι εφοδιασμένες με διαιρούμενα, υδραυλικά ελεγχόμενα καπελότα. Έτσι όπως φαίνεται και στα παρακάτω σχήματα ανάλογα με της στροφές λειτουργίας του κινητήρα, εμπλέκονται ή απεμπλέκονται τα άγρια έκκεντρα. Το Variocam Plus προκάλεσε μεγάλο θαυμασμό, λόγω του ότι διαθέτει τον πιο απλό, μικρό και ελαφρύ μηχανισμό μεταβολής του βυθίσματος. Αξίζει δε να σημειωθεί ότι τα καπελότα των βαλβίδων του συστήματος αυτού είναι ελάχιστα βαρύτερα από τα υπόλοιπα υδραυλικά καπελότα που

17 χρησιμοποιούνται στους περισσότερους σύγχρονους κινητήρες. Το μόνο μειονέκτημα του συστήματος της Porsche είναι ότι έως τώρα έχει χρησιμοποιηθεί μόνο στον εκκεντροφόρο εισαγωγής. Βέβαια παραμένει και αυτό αρκετά πολύπλοκο και βεβαίως ακριβό. Rover VVC (Variable Valve Control) Το 1995 η Rover παρουσίασε τον κινητήρα του μοντέλου της MGF ο οποίος ήταν εφοδιασμένος με ένα μοναδικό στη σύλληψή του πρωτοποριακό σύστημα μεταβλητού χρονισμού. Το σύστημα αυτό επιτρέπει συνεχώς μεταβαλλόμενο χρονισμό και διάρκεια των βαλβίδων αλλά κλιμακωτή βύθιση. Ο μηχανισμός και η φικοσοφία λειτουργίας του VVC είναι αρκετά δύσκολο να περιγραφούν. Σε γενικές γραμμές είναι ένα σύστημα που αποτελείται από έναν εκκεντρικά περιστρεφόμενο δίσκο ο οποίος μεταβάλει το χρονισμό και τη διάρκεια των βαλβίδων δυο κυλίνδρων. Με άλλα λόγια ο 4 κύλινδρος κινητήρας των 1.800cc της Rover διαθέτει δυο τέτοιους δίσκους, των οποίων η έκκεντρη περιστροφή επιτρέπει με κατάλληλες διατάξεις τον έλεγχο και τη μεταβολή του χρονισμού και της διάρκειας των βαλβίδων. Ο μηχανισμός αυτός είναι ο μοναδικός που επιτρέπει τη συνεχη μεταβολή της διάρκειας, έτσι το τελικό αποτέλεσμα στην απόδωση του κινητήρα είναι: Ομαλή λειτουργία λόγω του συνεχώς μεταβαλλόμενου χρονισμού Υψηλές τιμές ροπής στις χαμηλές και μεσαίες στροφές, λόγω μεταβαλλόμενης διάρκειας Αρκετά καλή τιμή μέγιστης ιπποδύναμης Το παρακάτω διάγραμμα παρουσιάζει τη λειτουργία του συστήματος VVC της Rover. Φαίνεται καθαρά η ελεγχόμενη και μεταβαλλόμενη διαφορά

18 στη διάρκεια των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής η οποία επιτυγχάνεται μόνο με το σύστημα αυτό. Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι το VVC δεν επιτυγχάνει τις κορυφαίες τιμές ιπποδυνάμεων που πετυχαίνει π.χ. το VTEC. Βασικό του επίσης μειονέκτημα είναι το ότι δεν μορεί να τοποθετηθεί σε όλους τους κινητήρες λόγω της ογκώδους του κατασκευής. Έτσι είναι δυνατόν να τοποθετηθεί (με μεγάλο όμως κόστος) σε V6 και V8 κινητήρες ενώ είναι αδύνατη η τοποθέτησή του σε κινητήρες V12.