Skip to main content
11 syyskuun, 2017

Muuttuva venttiilien ajoitus (VVT)

Historia

Venttiilien ajoitusta on muutettu erityyppisillä menetelmillä jo höyrykoneiden aikakaudella. Tavallisten ajoneuvojen polttomoottoreihin tarkoitettu muuttuva venttiilien ajoitus (VVT) patentoitiin ensimmäisen kerran 1960-luvun lopulla Fiatin toimesta, mutta ensimmäisen tuotantoversion esitteli Alfa Romeo vuonna 1980 käyttöön otetussa mallissa Spider 2000. Tämän jälkeen useat valmistajat ovat kehittäneet omia VVT-järjestelmiä. Koska eri valmistajat ovat kehittäneet lukuisia erityyppisiä järjestelmiä, käytössä olevien lyhenteiden määrä on kasvanut varsin suureksi.

Periaatteet

Tavanomaisessa auton moottorissa, jossa ei ole VVT-j√§rjestelm√§√§, nokka-akselit eiv√§t ole s√§√§dett√§viss√§ ‚Äď venttiilien noston, aukioloajan ja ajoituksen arvot ovat kiinteit√§. Kun kampi- ja nokka-akselien v√§linen ajoitus on kerran s√§√§detty kohdalleen joko erikoisty√∂kaluilla tai ajoitusmerkeill√§, venttiilien ajoitus ei ole en√§√§ muutettavissa.

Muuttuva venttiilien ajoitus parantaa moottorin suorituskykyä, polttoainetaloutta ja päästöjä. Kun venttiilien limitystä, nostoa, aukioloaikaa ja ajoitusta säädellään käyntinopeuden, kuormituksen ja lämpötilan perusteella, moottorin suorituskyky voidaan optimoida kaikkiin kuormitus- ja toimintatilanteisiin.

Alhaisilla käyntinopeuksilla venttiilien ajoitusta voidaan tarvittaessa aikaistaa, jolloin saavutetaan parempi kaasuvaste ja vääntömomentti, ja tietyissä kuormitustilanteissa ajoitusta voidaan myös myöhentää pakokaasupäästöjen pienentämiseksi.

Korkeilla käyntinopeuksilla saavutetaan suurempi moottoriteho pidentämällä venttiilien aukioloaikoja.

Eri tyypit

Nokka-akselin ajoituksen muuttaminen

Vaikka k√§yt√∂ss√§ on lukuisia erityyppisi√§ VVT-j√§rjestelmi√§, useimmat niist√§ perustuvat nokka-akselin ajoituksen muuttamiseen, joka toteutetaan jakoketju- tai hihnapy√∂r√§lle asennetulla s√§√§timell√§. Ensimm√§isiss√§ varsin yksinkertaisissa versioissa s√§√§deltiin vain imunokka-akselia. Ne olivat luonteeltaan kiinteiden s√§√§t√∂arvojen j√§rjestelmi√§, jotka vaihtoivat venttiilien ajoitusta kahden eri asennon v√§lill√§ (p√§√§ll√§ tai pois) ja aina samalla k√§yntinopeudella (esim. BMW:n yhden VANOS-yksik√∂n j√§rjestelm√§). Toimintaperiaate oli useimmiten t√§ysin mekaaninen ‚Äď jousikuormitettu vinohampainen hammaspy√∂r√§ s√§√§timen sis√§ll√§.

Uudemmissa nokka-akselien ajoitusj√§rjestelmiss√§ k√§ytet√§√§n yht√§ tai kahta s√§√§dint√§, joiden toimintaa ohjataan valmistajan mukaan joko hydraulisesti tai elektronisesti. T√§m√§ntyyppinen j√§rjestelm√§ on luonteeltaan jatkuvasti s√§√§tyv√§. Nokka-akselin asentoa s√§√§telee moottorin ohjausyksik√∂n ohjaama magneettiventtiili, nokka-akselin asennon (CMP) k√§ytt√∂laite. Se ohjaa sis√§roottorin eri kammioihin √∂ljynpainetta, jonka voimalla sis√§roottorin siivet kiertyv√§t eri asentoihin.

J√§rjestelm√§n etuja kiinteiden s√§√§t√∂arvojen j√§rjestelm√§√§n verrattuna ovat venttiilien ajoituksen jatkuva s√§√§t√∂ kaikilla k√§yntinopeuksilla ja pehme√§mm√§t siirtym√§t s√§√§t√∂alueen √§√§rip√§iden v√§lill√§.

1Säätökotelo
2Nokka-akseli
3Myöhennyspuoli
4√Ėljyn paluu
5√Ėljyn sy√∂tt√∂paine
6√Ėljyn paluu
7Nokka-akselin asennon (CMP) käyttölaite
8Aikaistuspuoli
9Myöhentävä öljykammio
10Aikaistava öljykammio
11Sisäroottori
12Ulkoroottori
13Rengaskanavat

Nokkaprofiilin muuttaminen

Joidenkin valmistajien j√§rjestelmiss√§, esimerkiksi Hondan muuttuvan ajoituksen ja noston VTEC (Variable Valve Timing and Lift), on erilliset nokka-akselin nokat kullekin venttiilille sek√§ imu- ett√§ pakonokka-akselilla (aiemmissa SOHC-moottoreissa kuitenkin vain imuventtiileille). √Ėljynpaineen avulla kytket√§√§n tarvittaessa kiinni tappi, joka lukitsee korkean noston ja pitk√§n aukioloajan keinuvivun viereiseen matalan noston ja lyhyen aukioloajan keinuvipuun. Vaikka kyse onkin kiinteiden s√§√§t√∂arvojen toimintaperiaatteesta jatkuvien s√§√§t√∂arvojen sijasta, t√§st√§ moottorityypist√§ on tullut eritt√§in suosittu autoharrastajien parissa sen mahdollistaman suuren tehon vuoksi.

Nokka-akselin ajoituksen ja nokkaprofiilin muuttaminen

Järjestelmistä on tulossa yhä monimutkaisempia ja kalliimpia. Nokka-akselin ajoitusta ja nokkaprofiilia yhdessä muuttamalla saavutetaan parempi hyötysuhde ja teho sekä pienemmät pakokaasupäästöt.

Yksi tällaisen järjestelmän kehittäneistä valmistajista on Porsche, joka on antanut sille nimen Variocam Plus. Järjestelmässä on säädin imunokka-akseleissa, joihin on asennettu myös kaksi eri nokkaprofiilia sekä muuttuvat hydraulinostimet sisemmillä ja ulommilla nostimilla. Sisemmät nostimet käyttävät keskellä olevaa nokkaa (pienempi nosto ja aukioloaika). Kun tarvitaan enemmän nostoa, sisemmät ja ulommat nostimet lukitaan kiinni toisiinsa tapilla, jota käyttää elektronisesti ohjattava hydrauliventtiili. Lukittuna ollessaan ulommat nokat tulevat mukaan toimintaan lisäten venttiilien nostoa ja aukioloaikaa. Moottorin ohjausyksikkö (ECM) säätelee nokka-akselin ajoitusta ja nokkaprofiilia muuttavia järjestelmiä erillisesti. Tärkeimmät säätöparametrit ovat moottorin käyntinopeus, valittu vaihde, kaasupolkimen asento, moottoriöljyn lämpötila ja jäähdytysnesteen lämpötila.

1Pyörimissuunta
2Säädin
3Aikaistus
4Myöhennys
5Imunokka-akseli
6Sisempi nostin
7Hydraulinostin (ulompi nostin)

Tulevaisuus

Fiat on jo ottanut käyttöön hydraulisen Twin Air -järjestelmän, jossa molemmat imuventtiilit avataan hydraulisylintereillä. Pakoventtiilejä käytetään edelleen tavanomaisilla nostimilla, joissa on hydraulinen välyksentasaus.

Viime vuosien aikana eri valmistajat ovat tehneet paljon tutkimus-, kokeilu- ja kehitystyötä täysin ilman nokka-akselia toimivista polttomoottoreista. Jos työ alkaa tuottaa tuloksia, perinteisten venttiilikoneistojen ja muuttuvien venttiilinajoitusten aikakausi päättyy.

Share this article: