Sistemi varijabilnog otvaranja ventila (VVT)

Istina je da benzinski agregati vladaju globalnom automobilskom scenom vec više od jednog veka, ali ni oni ne bi mogli opstati bez brojnih propratnih modifikacija, poboljšanja. Prelaz na cetvorotaktni sistem, stavljanje bregaste osovine iznad glave motora, uvodjenje elektronske kontrole, povecavanje, zapravo dupliranje broja usisnih i izduvnih ventila nad cilindrima… Sve su to promene koje su zadesile ove agregate i one su sve, možemo reci, jednako važne. Svaka od njih je donela neko poboljšanje performansi, ali i smanjenje potrošnje i emisije štetnih gasova u atmosferu. Ove tri kategorije su i danas presudne, pa se dalje unapredjivanje benzinskih motora ubrzano nastavlja. Ali šta sada ponuditi kao rešenje, kada je vec toliko toga uradjeno i modifikovano? Današnji motori, jasno, postaju sve složeniji i komplikovaniji, ali ujedno i efikasniji. Sistem varijabilnog pomeranja ventila – VVT (>Variable Valve Timing<) je, zajedno sa sistemom direktnog ubrizgavanja, najsvežiji novitet na benzinskim motorima. Tek pocetkom 21. veka pocinje njegova prava eksploatacija i malo ljudi zna da je ovaj sistem zapravo patentirao italijanski Fiat, još krajem šezdesetih godina prošlog veka.

Italijani su izmislili i prvi put primenili VVT na putnickom automobilu – Fiat tokom 60-tih i 70-tih na koncept-vozilima, a Alfa Romeo pocetkom 1980. na serijskim automobilima. Tada je i globalna auto-industrija postala zainteresovana za ovaj sistem, pa je tako japanski Nissan preuzeo inicijativu sredinom 80-tih. Popularni, sportski Nissan 300ZX je krajem 1987. godine postao prvi automobil sa elektronski kontrolisanim VVT sistemom. Napravljen radi boljih performansi, ovaj model je bio jedan od glavnih promotera VVT-a u široj javnosti. Medjutim, krajem ove decenije, Honda dolazi do slicnog, ali evolutivnijeg rešenja. To je bio V-TEC, koji se blago modifikovan i dan danas koristi. Konkurentska kompanija Toyota pocetkom 90-tih kreira jednostavan VVT sistem, sa ciljem da na najlakši i najjeftiniji nacin implementira isti u sva serijska vozila. Iako su kasnije gotovo svi veliki svetski proizvodjaci ponudili neko svoje rešenje na ovu temu, Honda (V-TEC) i Toyota (VVT) su ostale zapamcene kao najefikasniji promoteri ove tehnologije. Ali, o cemu se ovde zapravo radi?
Novi svetski standardi o ocuvanju okoline, kao i težnja kupaca za što ekonomicnijim automobilom dovodi do serijske primene VVT-a. Pored navedenog, trecu dimenziju cine bolje performanse motora, cime su proizvodjaci i uspeli da izgrade pozitivan imidž novog sistema. Možda na prvi pogled to ne deluje moguce, ali to samo pokazuje koliko je potencijal Otto-vog ciklusa zapravo veliki. Samo objašnjenje funkcionisanja se može izvesti poredjenjem normalnog, putnickog automobila sa sportskim, trkackim. Izmedju njih postoje brojne i znacajne razlike, ali osnovne su one u pogonskom agregatu. Putnicki automobili su pravljeni kompromisno – rad motora im je podešen na optimum performansi, potrošnje i nivoa zagadjenja okoline. Kod trkackih automobila kompromisa nema, vec se sve svodi na što vecu snagu motora. Kada pricamo o kompromisima, zašto jednostavno ne bismo preneli slican princip rada motora sa sportskog na putnicko vozilo? Naravno da bismo tada dobili izuzetne performanse, ali zbog motora koji podešen da tako radi, gde je esencija takvog podešavanja ustvari sportska bregasta osovina, hladnije svecice, obradjeni klipovi i >free-flow< grana auspuha, ne bismo mogli da ga vozimo u normalnim uslovima. Bio bi preglasan, mnogo bi trošio, ne bi imao potrebnu fleksibilnost gradskih automobila itd. Proizvodjaci su ipak želeli da deo iskustva sa trkackih staza prenesu na fabricke modele, pa time cak i da redukuju potrošnju i emisiju štetnih gasova. Najveci problem citave price jeste zadržavanje kultivisane vožnje u nižim i srednjim, odnosno primena agresivnog, trkackog podešavanja samo pri višim obrtajima. Ovo je ujedno i razlog zašto se VVT ne može primeniti na dizel-agregate, jer oni rade na vrlo ogranicenom režimu obrtaja. Osnovni princip rada i sam cilj VVT-a je menjanje tajminga otvaranja/zatvaranja usisnih, ali i izduvnih ventila. Kao što iz ranijih tekstova sa Automobilizam.net sajta vec znamo, Otto-ov cikus inkorporira cetiri faze rada. U normalnim okolnostima imamo vrlo pravilno otvaranje i zatvaranje svih ventila, koje se precizno može preneti na grafikon po fazama. Ipak, efikasnije rešenje je malo pomeriti tajming otvaranja ili zatvaranja ventila napred ili nazad, cime bi potencijalno omogucili bolje disanje motora. Naime, pri nešto višem režimu obrtaja, pomeranje ventila gore-dole postaje toliko brzo da cilindri ne dobijaju dovoljnu kolicinu vazduha za maksimalno efikasan rad. Sa VVT sistemom motoru se omogucava ranije otvaranje usisnih ventila i veca kolicina vazduha u smeši. Pored boljih performansi, ovim se ostvaruje i efikasnije sagorevanje benzina, odnosno manja potrošnja istog. Sa druge strane, nešto kasnije zatvaranje izduvnog ventila omogucava zadržavanje izduvnih gasova unutar cilindra i u narednim ciklusima obrtaja.

Kako ovaj ostatak ne utice na stvaranje eksplozije jer je taj gas uglavnom nezapaljiv, njegovo zadržavanje se ustvari rezultuje samo smanjenom emisijom štetnih gasova kroz izduvni sistem (auspuh). Ovaj efekat se ostvaruje putem složenog sistema koji sacinjava VVT, stoga necemo ulaziti duboko u ovu materiju. Pre svega, treba razgraniciti dva osnovna tipa ovog sistema. Jedan je Hondin V-TEC, a drugi Tojotin VVT (danas VVT-i), iako mnogi stavljaju znak jednakosti izmedju njih. Oni zajedno jesu pripadnici porodice sistema varijabilnog pomeranja ventila, ali funkcionišu na potpuno razlicite nacine i imaju razlicite efekte.
Hondin V-TEC je prakticno vesnik implementacije VVT sistema u serijske automobile, pa cemo o njemu prvo pricati. Kod Honde, primaran je bio aspekt boljih performansi motora. Klasicni benzinski motori se smatraju efikasnim kada postignu autput od približno 85-90 konjskih snaga po litru zapremine. Sa V-TEC sistemom se vrlo lako može preci i granica od 100 KS/lit, pa sve do nekih 120 KS/lit. koliko postiže briljantni 2,0 V-TEC iz sportskog roudstera Honda S2000! Naravno, ovde pricamo o atmosferskim mašinama, dakle bez primene turbo-punjaca. V-TEC postiže velike rezultate na polju performansi, ali njegova složenost i velika cena koštanja mu ne idu u prilog. Princip rada ovog sistema se svodi na povecanje efikasnosti rada motora u višem režimu obrtaja. Ovo benzinskom agregatu olakšava rad pri brzom okretanju, što je Hondinim inženjerima omogucilo da podignu crvenu oblast obrtaja. Zbog toga Honda S2000 može bez problema da se vrti cak i do 9000 obrtaja u minuti! Sam V-TEC sistem se sastoji iz velikog broja malih, aktivnih delova i to iznad svakog od cilindara. Ovaj sistem je povezan sa glavnim kompjuterom automobila (ECU), kao i sa pritiskom sistema distribucije ulja u samom motoru. Modifikovana je i standardna bregasta osovina, koja sada sadrži tri umesto samo jednog brega koji je zadužen za pomeranje ventila. Dakle, broj ovih bregova je utrostrucen, što samo govori o složenosti ove tehnologije. Ta tehnologija se zasniva na pravovremenom dodatnom podizanju ventila. Pravo vreme za to jeste nakon 4-5000 obrtaja, zavisno od modela, kada je potrebna veca kolicina svežeg vazduha unutar motora. Nadam se da je jasno da ako dodatno podignete ventil pri radu, on duže ostaje otvoren zbog veceg vremena koje je potrebno da bi on došao u amplitudan položaj i da bi se iz istog vratio nazad. Tako se prakticno omogucava ulaz vece kolicine vazduha, a samim tim i više snage motora kada bi, u normalnim okolnostima, krivulja obrtnog momenta pocela da opada.

Ovaj sistem se uglavnom primenjuje samo na usisne ventile, koji su i presudni za poboljšanje performansi agregata. Kako se u praksi citav ovaj princip sprovodi? Kada motor dostigne odgovarajuci (fabricki propisan) broj obrtaja, ECU vozila aktivira mali ventil na svakom od V-TEC jedinica iznad cilindara. Taj ventil propušta pritisak koji stvara pumpa za ulje motora, koji dalje, unutar same V-TEC jedinice, aktivira složen sistem koji zaustavlja rad dva do sada aktivna brega sa bregaste. Tako se sada rad prebacuje na unutrašnji breg, dok spoljašnja dva (ukupno ih je tri, kao što smo vec rekli) postaju neaktivni. Logicno, unutrašnji breg je ispupceniji od spoljašnjih, cime se omogucuje podizanje, tj. >lift< ventila! Poredjenja radi, trkacki automobili poseduju bregastu osovinu koja se sastoji iskljucivo samo od ovakvih, vecih bregova, što znaci da Hondini motori efikasno kombinuju rad klasicnog, ekonomicnog benzinca sa sportskim, koji se javlja samo nakon odredjenog broja obrtaja. Nekoliko proizvodjaca se odlucilo na primenu ovakvog sistema varijabilnog pomeranja ventila, kao što su npr. Nissan (VVL) i Mitsubishi (MIVEC).

Sa druge strane, mnogo je više proizvodjaca koji su se odlucili da krenu Tojotinim stopama. Njihov jeftiniji i jednostavniji VVT sistem se pokazao odlicnim kada je potrebno smanjiti emisiju štetnih gasova, kao i ograniciti potrošnju benzina. Pored toga, dobija se i na performansama vozila, ali ne u onolikoj meri kao kod V-TEC sistema. Bazicni VVT se svodi na jednostavno pomeranje ciklusa otvaranja ventila, u zavisnosti od broja obrtaja, ili nekog od drugih faktora. Dakle, nema podizanja ventila i povecavanja tog ciklusa – samo se menja tajming njihovog otvaranja/zatvaranja. Na kraju bregaste osovine se nalazi ovaj VVT sistem, koji putem nekoliko zupcanika reguliše njenu revoluciju tako da se tajming otvaranja pomera malo napred ili malo unazad. Kako današnji motori sa 16 ventila (neophodni da bi automobil uopšte posedovao ovakvu tehnologiju!) imaju dve bregaste osovine iznad glave motora, aktiviranje VVT-a na jednoj od osovina ne utice na rad druge i tako stvara varijabilni tajming. Naravno, VVT se može nalaziti i na drugoj bregastoj, ali ovi sistemi uglavnom ne rade simultano. Vec odavde vidimo veliku prednost VVT-a nad V-TEC-om, a to je jednostavnost. Kod Honde imamo složen sistem iznad svakog od cilindra, a ovde jedan, eventalno dva sistema koji su nakalemljeni na bregastoj osovini, cime se odjednom reguliše rad svih cilindara. Toyota u drugoj polovini devedesetih godina predstavlja svoju drugu generaciju VVT agregata. Tada ova skracenica dobija jedno malo >i<, što je skraceno od >intelligent<. VVT-i sistemi, za razliku od prethodnih, inkorporiraju mnogo više faktora za varijabilno pomeranje ventila. Pored broja obrtaja, to sad može biti opterecenje motora, brzina u kojoj se transmisija nalazi, da li se krecete uzbrdo ili nizbrdo itd. Toyota Yaris (naziv u Japanu i SAD – Vitz) je bio prvi automobil sa VVT-i benzinskim agregatom.

Iz 1000 ccm i 68 KS je izvlacio sasvim solidne performanse uz, do tada nevidjenu štedljivost i fleksibilnost rada. Kasnije su svi benzinci dobili VVT-i, što zbog konkretnog poboljšanja, što zbog potreba za Euro-3 standardom o zagadjivanju okoline. Sve do pojave trece generacije ovih Tojotinih agregata, Hondine varijante su bile poznatije i priznatije, prosto zato što se promena u vožnji kod njih lakše uocavala. Toyota Corolla TS i Celica TS su uvele novinu u cetvorocilindricne, atmosferske motore. Agregat koji se ugradjivao u ova dva modela, 1,8 2ZZFE, je kombinovao VVT-i tehnologiju sa Hondinim V-TEC-om. Pod nazivom VVTL-i (>Variable Valve Timing and Lift – intelligent<), ovaj agregat je, za razliku od Hondinih, dobio sjajne vozne karakteristike i u nižim režimima obrtaja. Pored toga, u nižem režimu je imao i sjajnu ekonomicnost. Maksimalan autput ove mašine je 192 KS, bez turbo-kompresora. Po zvanicnim podacima, maksimalni obrtni momenat je ostvariv pri veoma visokih 6000 obrtaja, ali ovaj podatak skriva cinjenicu koliko je ova kriva obrtnog momenta ustvari ravna. Slican broj Njutn-metara (oko 190) cete imati i oko 3-4000, ali i oko 7000 obrtaja! Kao i kod Honde i u ovom slucaju je karakteristican tzv. >lift< pri 6000 obrtaja, kada se ovaj agregat pretvara u pravu zver! Kada bi covek pomislio da mora da se prebaci u sledecu brzinu, Tojotin VVTL-i tada zadaje finalni udarac i do 8000+ obrtaja konstantno puni gas. Izgled ovog sistema se bazira na istoj logici kao i V-TEC, ali se ipak ostvaruje na specifican nacin. Umesto tri brega, na bregastoj osovini postoje samo dva brega, fizicki odvojeni jedan od drugog.

Princip pomeranja i eliminisanja jednog od brega se takodje ostvaruje putem pritiska sa pumpe za ulje, ali na drugaciji, ništa manje složen nacin. Pored svega toga, VVTL-i poseduje i standardni VVT sistem na krajevima bregaste, što dodatno komplikuje funkcionisanje citavog agregata. Stoga ne cudi fabricko povlacenje nekih modela proizvedenih do 2002. godine, kojima se brzo kvario sistem podizanja ventila. Naravno, u tržišnoj utakmici niko nece sedeti skrštenih ruku, pa je tako i Honda ponudila svoju varijantu ovog sistema. To je i-VTEC, prvi put primenjen na Honda Stream MPV modelu.

Sada, na kraju price, VVT agregate možemo podeliti u tri grupe: Sistemi koji se baziraju na podizanju ventila (V-TEC), sistemi koji se baziraju na promeni tajminga otvaranja/zatvaranja ventila (VVT-i) i sistemi koji inkorporiraju i jedno i drugo (VVTL-i). Danas su gotovo svi važniji proizvodjaci prihvatili neki od ovih sistema, bilo licencno, bilo samorazvojno. U svakom slucaju, svi se oni svode na iste ciljeve i slicne nacine funkcionisanja.

Izvor: Speed industry

PROSLEDITE ČLANAK PRIJATELJIMA ILI POSLOVNIM PARTNERIMA.