Mecanismul de distributie variabila

Prin distributie se intelege ansamblul organelor motorului cu ardere interna care permite umplerea cilindrilor cu incarcatura proaspata si evacuarea gazelor arse din cilindri. Cuprinde: colectoarele de admisie si evacuare, supapele, arborii cu came, componente ce asigura transmitereamiscariide la came la supape (arcuri, tacheti, tije, culbutori etc. ), lantul/cureaua de distributie si pinioanele de angrenare.Toate motoarelemodernecu aprindere prin scanteie (pe benzina) au nevoie de aplicarea distributiei variabile pentru a putea satisface cerintele din ce in ce mai severe de economicitate, emisii poluantesi performante dinamice.Se spune ca distributia este variabila atunci cand durata de deschidere si inaltimea de ridicare ale supapelor sunt variabile si, deasemenea, momentele de deschidere si inchidere ale acestora nu sunt fixe. In literatura de specialitate acestea sunt cunoscute sub numele de VVA (Variable Valve Actuation System) sau VVT (Variable Valve Timing System).

Denumirile de mai josde care probabil ati auzit,folosite sicomercial de catre producatori,reprezinta denumiri ale unor sisteme/solutii de distributie variabila:

Valvetronic de la BMW; VVEL de la Nissan (Variable Valve Event and Lift); VTEC de la Honda; VarioCam Plus de la Porsche; MIVEC de la Mitsubishi (Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Control); Valvematic de la Toyota; Multiair de la Fiat etc.

1. Mai jos gasiti cateva imagini cu sistemul de distributie variabila Valvetronic de la BMW:

Componentele distributiei Valvetronicsi pozitiile relativein cazul ridicarilor maxima si minima ale supapelor:

Mai jos si modul de functionare:

Fiecare dintre aceste sisteme prezinta avantaje si dezavantaje, unele sisteme de distributie variabilamai putin sofisticate asigura doar varierea momentelor de deschidere si inchidere ale supapelor, fara sa modifice duratele fazelor. Altele mult mai sofisticate sunt capabile sa varieze mai multi parametri, cum ar fi: inceputul si sfarsitul fazelor, inaltimea de ridicare a supapei, duratele de deschidere sau combinatii ale acestora.De exemplu un sistem ceva mai sofisticat este Valvetronic de la BMW care impreuna cu sistemul original BMW-VANOS permite varierea tuturor parametrilor de distributie variabilamentionati mai sus.

2. Distributia variabila VTEC Honda

La aceeai capacitate cilindric, puterea unui motor termic cu ardere intern poate fi crescut prin dou ci: prin creterea cuplului sau a turaiei. Un sistem de distribuie fix, clasic, este proiectat n aa fel nct s asigure o funcionare stabil a motorului la turaii mici, consum sczut de combustibil i putere suficient. Geometria fix a camelor sistemului de distribuie realizeaz un compromis ntre funcionarea stabil i consum sczut la turaii mici i medii i puterea maxim a motorului (limitat de turaia maxim).

Foto: Motor cu sistem de distribuie VTECSursa: Honda nlimea de ridicare a supapelor are impact n randamentul volumetric al motorului. Randamentul volumetric reprezint raportul dintre volumul de aer care intr n motor i volumul geometric disponibil, cilindreea motorului. Cu ct randamentul volumetric este mai mare cu att puterea dezvoltat de motor este mai mare, deoarece primete aer suficient pentru ardere.

La unmotor aspirat, cu ct turaia motorului este mai mare, cu att randamentul volumetric este mai sczut. Datorit ineriei aerului i a seciunii de curgere (dat de nlimea de ridicare a supapelor de admisie) la turaii mari motorul nu poate s aspire aer suficient, nu poate s respire. Acest inconvenient poate fi nlturat prin utilizarea unei came cu profil special adaptat pentru turaii ridicate, care crete nlimea de ridicare a supapei de admisie. Sistemul de distribuie VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) de la Honda utilizeaz came cu profile diferite, o cam cu profil mai mic, utilizat n domeniul de turaii mici i medii i o a doua cam cu profil mai mare, pentru turaiile nalte ale motorului (peste 4000 5000 rot/min).

Foto: Sistemul de distribuie DOHC clasic i VTECSursa: HondaA sistem de distribuie clasica1 acelai tip de culbutori pentru cele dou supapea2 acelai profil al celor dou cameB sistem de distribuie VTECb1 dou tipuri diferite de culbutorib2 came cu profil diferit Sistemul de distribuie VTEC const n introducerea pe arborii cu came (admisie i evacuare) a unei came suplimentare cu profil special adaptat pentru turaii mari. Punerea n funciune a camei cu profil mai mare se face la comanda calculatorului de injecie n funcie de punctul de funcionare al motorului.

Turaie mic/medieTuraie nalt

Foto: Modul de funcionare al sistemului de distribuie VTECSursa: Honda1. came cu profil mic2. cam cu profil mare3. culbutori cam profil mic4. culbutor cam profil mare5. semi-bol de fixare (sincronizare) 6. bol de fixare (sincronizare) 7. piston de revenire

La turaii mici i medii ale motorului, supapele sunt acionare de camele cu profil mic (1) prin intermediul culbutorilor (3). Cama cu profil mare (2) acioneaz de asemenea asupra culbutorului (4) dar care se mic independent de restul sistemului, n gol.La turaii ridicate, calculatorul de injecie comand o supap electrohidraulic care alimenteaz cu ulei sub presiune interiorul culbutorului (3), n care se afl semi-bolul de fixare (5). Acesta, sub aciunea uleiului, se deplaseaz n interiorul culbutorului (4) i mpinge i bolul de fixare (6) care se deplaseaz n interiorul culbutorului (3) din dreapta. n acest mod cei trei culbutori vor fi fixai rigid ntre ei i acionai de cama cu profil mare (2). Cnd se dorete revenirea la cama cu profil mic (1), uleiul sub presiune este evacuat iar pistonul de revenire (7) va mpinge semi-bolul (5) n culbutorul (3) i bolul (6) n culbutorul (4).

Sistemul de distribuie VTEC extinde valoarea turaiei maxime a motorului pn la 8000 - 9000 rot/min. Datorit utilizrii camei cu profil mare, supapele de admisie se ridic mai mult ceea ce permite aspirarea aerului n motor i la turaii foarte ridicate. Exinderea plajei de turaie a motorului a permis obinerea de puteri maxime mai mari, motoarele Honda aspirate VTEC avnd o putere litric de peste 100 CP/litru. Primul motor cu sistem de distribuie VTEC a echipat Honda Integra RSi n 1989. Acest motor avea o putere maxim de 160 CP la 7600 rot/min, dintr-o cilindree de numai 1.6 litri. Un alt automobil de referin este Honda S2000, aprut n 1998, care cu un motor de 2.0 litri VTEC producea 250 CP la 8300 rot/min.

3. Sistemul de distributie variabila VarioCam Porsche

ncepnd cu 1992, Porsche 968 a fost primul automobil echipat cu motor cu sistem de distribuie variabil cu control electronic, sistem numit VarioCam. Prima versiune de distribuie variabil putea varia poziia arborelui cu came astfel nct supapele de admisie s se deschid cu avans de 15. Acest sistem a fost utilizat pn n anul 2001 cnd a fost evoluat n VarioCam Plus.

Foto: Motor Porsche 968 echipat cu sistem de distribuie variabil VarioCamSursa: PorscheDistribuia variabil VarioCam iniial funciona dup un principiu foarte simplu. Arborele cu came de evacuare era antrenat de arborele cotit prin intermediul unui lan. De asemenea, arborele cu came de admisie era cuplat cu arborele cu came de evacuare tot printr-un lan. Acest lan era prevzut cu un sistem de ntindere electro-hidraulic care putea varia poziia lanului, n raport cu cei doi arbori cu came, astfel nct s modifice momentul de deschidere al supapelor de admisie.

Foto: Prima versiune de sistem de distribuie variabil VarioCam.1. arbore cu came de evacuare2. lan de antrenare de la arborele cotit3. supap electro-hidraulic4. lan de antrenare arbore cu came de admisie5. ntinztor lan cu piston comandat6. arbore cu came de admisie

ntinztorul lanului de antrenare dintre cei doi arbori cu came are prevzut un piston ntre cele dou patine n contact cu lanul. Cu ajutorul pistonului, prin comanda dat de calculatorul de injecie, lanul este deplasat n sus/jos, simultan, pe ambele pri, n raport cu cei doi arbori cu came. Astfel, se obine o rotaie de cteva grade a arborelui cu came de admisie, relativ la poziia arborele cu came de evacuare.

Foto: ntinztor lan cu piston comandat, sistem de distribuie variabil VarioCamPrin acest mecanism se putea realiza defazarea cu 15 (Porsche 968) sau 25 (Porsche Boxter) a arborelui cu came, fa de poziia nominal. Deschiderea cu avans a supapelor de admisie se realiza n funcie de punctul de funcionare al motorului termic, ntre 1500 i 5500 rot/min.Sistemul de distribuie actual de la Porsche, numit VarioCam Plus combin: varierea continua a fazelor de deschidere/nchidere ale supapelor de admisie (VarioCam) varierea nlimii de ridicare a supapelor de admisie (Plus)

Foto: Sistemul de distribuie variabil VarioCam PlusSursa: Porsche1. defazor hidraulic2. coroan dinat (antrenat cu lan de arborele cotit)3. camer hidraulic de control4. orificii de curgere a uleiului5. came de admisie cu nlime de ridicare mare6. cam de admisie cu nlime de ridicare mic7. pin de blocare8. arc elicoidal9. tachet dublu (interior i exterior)10. arcuri de supap11. supape de admisie

Comparativ cu primul sistem de distribuie variabil VarioCam, sistemul actual variaz fazele de deschidere ale supapelor de admisie n mod continuu. Cu ajutorul unor supape electrohidraulice se controleaz presiunea uleiului din camera (3) care poziioneaz relativ arborele cu came de admisie fa de coroana dinat de antrenare (2). Astfel, prin presiunea uleiului, se poate controla continuu avansul de deschidere al supapelor de admisie fa de valoarea nominal.Modificarea nlimii de ridicare a supapelor de admisie (Plus) se realizeaz cu ajutorul camelor cu profil diferit.

1

Foto: Deschiderea supapelor de admisie cu camele cu nlime mica,mareSursa: Porsche

Controlul nlimii de ridicare a supapelor de admisie se face cu ajutorul unei supape electrohidraulice. Acesta este comandat de calculatorul de injecie i permite alimentarea cu ulei sub presiune a cilindrilor din interiorul tacheilor.

Foto: Elementele de acionare al sistemului de distribuie VarioCam Plus pentru modificarea nlimii de ridicare a supapelorSursa: Porsche

1. tachet exterior2. orificiu de alimentare cu ulei3. pinul tachetului exterior4. pinul tachetului interior5. arc elicoidal de revenire6. cilindru7. tachet interiorn timpul funcionarii motorului, utiliznd cama cu nlime mic, presiunea uleiul din cilindrul (6) este redus iar arcul elicoidal (5) menine pinul (3) n tachetul exterior (1) i pinul (4) n tachetul interior (7). Cele dou pari ale tachetului, interioar i exterioar, se pot mica independent una fa de cealalt. n acest mod de funcionare camele cu profil mare acioneaz pe tachetul exterior (1) care se mic n gol. Supapa de admisie este deschis de tachetul interior (7) care este acionat de cama cu profil mic.

Foto: Sistemul de distribuie VarioCam Plus, activarea camelor cu nlime mareSursa: Porsche

Cnd se dorete activarea camelor cu nlime mare, prin orificiile (2), prevzute n tachetul interior (1) i n cilindrul (6), se introduce ulei sub presiune. Uleiul acioneaz asupra pin-ului (3) care este mpins n tachetul interior (7) i la rndul lui mpinge pinul (4) n tachetul exterior (1). n acest mod cei doi tachei devin solidari iar supapele sunt deschise de camele cu nlime mare. nlimea de ridicare a camei cu profil mic este de 3.6 mm iar cea a camei cu profil mare de 11 mm.

Foto: Motor cu 6 cilindrii opui (boxer) cu sistem de distribuie variabil VarioCam PlusSursa: Porsche La turaia de ralanti sunt activate camele cu nlime de ridicare mic. De asemenea, fazele de deschidere i nchidere a supapelor sunt setate astfel nct perioada de suprapunere cu ambele supape deschise (admisie i evacuare) s fie minim. Datorit profilului redus al camei se minimizeaz frecrile mecanice, consumul de combustibil i emisiile fiind mai mici cu aproximativ 10%. La sarcini pariale se pstreaz activate camele cu nlime de ridicare mic. Fazele de deschidere i nchidere a supapelor sunt setate astfel nct perioada de suprapunere cu ambele supape deschise (admisie i evacuare) s fie maxim. Astfel motorul funcioneaz cu recircularea intern a gazelor de evacuare. Acest mod permite reducerea pierderilor prin pompaj i implicit reducerea consumului de combustibil. La sarcini mari se utilizeaz camele cu nlime de ridicare mare iar defazarea timpilor de deschidere/nchidere a supapelor este controlat astfel nct s se obin performanele dinamice superioare. Sistemul de distribuie VarioCam Plus permite reducerea consumului de combustibil i a emisiilor la sarcini mici i pariale precum i performane dinamice remarcabile la sarcini mari ale motorului.