バルブのタイミングとは何ですか？

燃料と燃料の混合物の燃焼中のエネルギー放出の原理に基づいて動作するXNUMXストロークエンジンの設計には、ユニットが機能できない重要なメカニズムがXNUMXつ含まれています。 これはタイミングまたはガス分配メカニズムです。

ほとんどの標準エンジンでは、シリンダーヘッドに取り付けられています。 メカニズム構造の詳細については、 別記事..。 それでは、バルブのタイミングとは何か、そしてその動作がモーターの出力インジケーターとその効率にどのように影響するかに焦点を当てましょう。

エンジンバルブのタイミングとは

タイミングメカニズム自体について簡単に説明します。 ベルトドライブを介したクランクシャフト（多くの最新の内燃焼エンジンでは、ゴム引きベルトの代わりにチェーンが取り付けられています）はに接続されています カムシャフト. ドライバーがエンジンを始動すると、スターターがフライホイールをクランキングします。 両方のシャフトが同期して回転し始めますが、速度は異なります（基本的に、カムシャフトがXNUMX回転すると、クランクシャフトがXNUMX回転します）。

カムシャフトには特殊な液滴形状のカムがあります。 構造が回転すると、カムがバネ仕掛けのバルブステムを押します。 バルブが開き、燃料と空気の混合物がシリンダーに入るか、排気を排気マニホールドに排出します。

ガス分配段階は、バルブが完全に閉じる前に、バルブが入口/出口を開き始めた瞬間です。 パワーユニットの開発に取り組んでいる各エンジニアは、バルブの開口部の高さ、およびバルブが開いたままになる時間を計算します。

エンジン動作に対するバルブタイミングの影響

エンジンが動作しているモードに応じて、ガスの分配は早くまたは遅く開始する必要があります。 これは、ユニットの効率、経済性、最大トルクに影響します。 これは、HVACの燃焼中に放出されるエネルギーを最大限に活用するには、吸気マニホールドと排気マニホールドをタイムリーに開閉することが重要であるためです。

ピストンが吸気ストロークを実行する別の瞬間に吸気バルブが開き始めると、シリンダーキャビティに新鮮な空気が不均一に充填され、燃料の混合が悪化し、混合物の不完全な燃焼につながります。

排気バルブについても、ピストンが下死点に達する前に開く必要がありますが、上向きのストロークを開始した後までに開く必要があります。 最初のケースでは、圧縮が低下し、それによってモーターの電力が失われます。 第二に、バルブが閉じた状態の燃焼生成物は、上昇し始めたピストンに抵抗を生じさせます。 これはクランク機構への追加の負荷であり、その部品の一部を損傷する可能性があります。

パワーユニットを適切に動作させるには、異なるバルブタイミングが必要です。 XNUMXつのモードでは、バルブを早く開き、後で閉じる必要があります。他のモードでは、その逆が必要です。 オーバーラップパラメータも非常に重要です-両方のバルブが同時に開くかどうか。

ほとんどの標準モーターには固定タイミングがあります。 このようなエンジンは、カムシャフトのタイプに応じて、スポーツモードまたは低速での測定された運転のいずれかで最大の効率を発揮します。

今日、ミドルおよびプレミアムセグメントの多くの車にはモーターが装備されており、そのガス分配システムはバルブ開放のいくつかのパラメーターを変更できます。これにより、さまざまなクランクシャフト速度でシリンダーの高品質の充填と換気が行われます。

さまざまなエンジン速度でタイミングを調整する方法は次のとおりです。

1. アイドリングには、いわゆる狭いフェーズが必要です。 これは、バルブが遅く開き始め、逆に、バルブが閉じる時間が早いことを意味します。 このモードでは同時開状態はありません（両方のバルブが同時に開くことはありません）。 クランクシャフトの回転がほとんど重要でない場合、位相のオーバーラップ中に、排気ガスが吸気マニホールドに入り、VTSの一部が排気に入る可能性があります。
2. 最も強力なモード-幅広いフェーズが必要です。 これは、高速のためにバルブの開位置が短くなるモードです。 これは、スポーツ運転中、シリンダーの充填と換気が不十分であるという事実につながります。 この状況を改善するには、バルブのタイミングを変更する必要があります。つまり、バルブを早く開いて、この位置での持続時間を長くする必要があります。

バルブタイミングが可変のモーターの設計を開発する場合、エンジニアはバルブ開放モーメントのクランクシャフト速度への依存性を考慮に入れます。 これらの洗練されたシステムにより、モーターはさまざまなライディングスタイルに可能な限り用途が広くなります。 この開発のおかげで、ユニットは幅広い可能性を示しています。

• 低回転では、モーターは糸状になります。
• 回転数が増加しても、電力が失われることはありません。
• 内燃焼エンジンが動作しているモードに関係なく、燃料経済性、およびそれによる輸送の環境への配慮は、特定のユニットに対して可能な限り最高のレベルを備えている必要があります。

これらのパラメータはすべて、カムシャフトの設計を変更することで変更できます。 ただし、この場合、モーター効率にはXNUMXつのモードでのみ制限があります。 クランクシャフトの回転数に応じて、モーター自体でプロファイルを変更できるのはどうですか？

可変バルブタイミング

パワーユニットの動作中にバルブの開放時間を変更するというアイデア自体は新しいものではありません。 このアイデアは、まだ蒸気エンジンを開発しているエンジニアの心に定期的に現れました。

したがって、これらの開発のXNUMXつはスティーブンソンギアと呼ばれていました。 このメカニズムにより、蒸気が作業シリンダーに入る時間が変更されました。 この体制は「蒸気遮断」と呼ばれていました。 メカニズムがトリガーされると、車両の設計に応じて圧力がリダイレクトされました。 このため、古い蒸気機関車は、煙に加えて、列車が静止しているときに一吹きの蒸気を放出しました。

バルブタイミングの変更作業も航空機ユニットで実施しました。 したがって、8馬力の容量を持つClerget-Blin社のV-200エンジンの実験モデルは、メカニズムの設計にスライド式カムシャフトが含まれているため、このパラメーターを変更する可能性があります。

また、Lycoming XR-7755モーターには、各バルブにXNUMXつの異なるカムが配置されたカムシャフトが取り付けられました。 デバイスには機械式ドライブがあり、パイロット自身が起動しました。 彼は飛行機を空に連れて行く必要があるか、追跡から逃れる必要があるか、または単に経済的に飛ぶ必要があるかどうかに応じて、XNUMXつのオプションのいずれかを選択できました。

自動車業界に関しては、エンジニアは前世紀の20年代にこのアイデアの適用について考え始めました。 その理由は、スポーツカーに搭載された高速モーターの登場でした。 そのようなユニットのパワーの増加には一定の制限がありましたが、ユニットはさらに巻き戻される可能性があります。 車両のパワーを上げるために、最初はエンジンのボリュームを上げるだけでした。

可変バルブタイミングを最初に導入したのは、自動車会社Vauxhallのチーフデザイナーとして働いていたLawrencePomeroyでした。 彼は、ガス分配メカニズムに特別なカムシャフトが取り付けられたモーターを作成しました。 彼のカムの多くは、いくつかのプロファイルのセットを持っていました。

4.4リットルのHタイプは、クランクシャフトの速度とそれが受ける負荷に応じて、カムシャフトを縦軸に沿って動かすことができます。 これにより、バルブの時間と高さが変更されました。 この部分には動きに制限があるため、位相制御にも制限がありました。

ポルシェも同様の考えに関与していました。 1959年、カムシャフトの「振動カム」の特許が発行されました。 この開発により、バルブの高さが変化すると同時に、バルブが開く時間が変化するはずでした。 開発はプロジェクト段階のままでした。

最初の実行可能なバルブタイミング制御メカニズムは、フィアットによって開発されました。 本発明は、60年代後半にGiovanniTorazzaによって開発されました。 メカニズムは、バルブタペットのピボットポイントを変更する油圧プッシャーを使用していました。 この装置は、エンジン回転数とインテークマニホールド内の圧力に応じて機能しました。

しかし、GRの可変フェーズを備えた最初の生産車はアルファロメオからのものでした。 1980年のスパイダーモデルは、内燃機関の動作モードに応じて位相を変える電子メカニズムを受け取りました。

バルブタイミングの持続時間と幅を変更する方法

今日、バルブが開く瞬間、時間、高さを変えるメカニズムにはいくつかの種類があります。

1. 最も単純な形では、これはガス分配メカニズム（移相器）のドライブに取り付けられる特別なクラッチです。 制御は実行機構の油圧効果により行われ、制御は電子機器によって行われます。 エンジンがアイドリングしているとき、カムシャフトは元の位置にあります。 回転数が増加するとすぐに、電子機器はこのパラメーターに反応して油圧を作動させ、カムシャフトを初期位置に対してわずかに回転させます。 このおかげで、バルブは少し早く開き、シリンダーにBTCの新しい部分をすばやく充填することができます。
2. カムプロファイルの変更。 これは、ドライバーが長い間使用してきた開発です。 カムシャフトに非標準のカムを取り付けると、より高いrpmでユニットをより効率的に動作させることができます。 ただし、このようなアップグレードは知識のあるメカニックが実行する必要があるため、多くの無駄が発生します。 VVTL-iシステムを搭載したエンジンでは、カムシャフトには異なるプロファイルのカムのセットがいくつかあります。 内燃焼エンジンがアイドリングしているとき、標準要素はそれらの機能を実行します。 クランクシャフトのrpmが6マークを超えるとすぐに、カムシャフトがわずかにシフトします。これにより、別のカムセットが動作します。 エンジンが最大8.5千回転し、カムのXNUMX番目のセットが機能し始めると、同様のプロセスが発生します。これにより、フェーズがさらに広くなります。
3. バルブ開放高さの変化。 この開発により、タイミングの動作モードを同時に変更したり、スロットルバルブを除外したりすることができます。 このようなメカニズムでは、アクセルペダルを押すと、吸気バルブの開放力に影響を与える機械装置が作動します。 このシステムは、燃料消費量を約15％削減し、ユニットの電力を同じ量だけ増加させます。 より現代的なモーターでは、機械的ではなく電磁アナログが使用されます。 XNUMX番目のオプションの利点は、電子機器がバルブ開放モードをより効率的かつスムーズに変更できることです。 リフトの高さは理想に近く、開放時間は以前のバージョンよりも広くすることができます。 このような開発は、燃料を節約するために、一部のシリンダーをオフにすることさえあります（一部のバルブを開かないでください）。 これらのモーターは、車が停止したときにシステムをアクティブにしますが、内部燃焼エンジンをオフにする必要はありません（たとえば、信号で）、またはドライバーが内部燃焼エンジンを使用して車を減速したとき。

バルブのタイミングを変更する理由

バルブのタイミングを変更するメカニズムを使用すると、次のことが可能になります。

• パワーユニットのリソースをさまざまな動作モードで使用する方が効率的です。
• カスタムカムシャフトを取り付ける必要なしにパワーを増やします。
• 車両をより経済的にします。
• 高速でシリンダーの効果的な充填と換気を提供します。
• 混合気のより効率的な燃焼により、輸送の環境への配慮を高めます。

内燃焼エンジンの異なる動作モードは、FGRを変更するメカニズムを使用して、バルブタイミングの独自のパラメーターを必要とするため、マシンは、出力、トルク、環境への配慮、および経済性の理想的なパラメーターに対応できます。 これまでメーカーが解決できない唯一の問題は、デバイスのコストが高いことです。 標準のモーターと比較して、同様のメカニズムを備えたアナログは、ほぼXNUMX倍の費用がかかります。

一部の運転手は、車のパワーを上げるために可変バルブタイミングシステムを使用しています。 ただし、変更されたタイミングベルトの助けを借りて、ユニットから最大値を絞り出すことは不可能です。 他の可能性について読む ここで.

結論として、可変バルブタイミングシステムの操作に関する小さな視覚的支援を提供します。

CVVTの例を使用した可変バルブタイミングシステム

質問と回答：

バルブタイミングは？ これは、バルブ（入口または出口）が開閉する瞬間です。 この用語は、エンジンのクランクシャフトの回転度で表されます。

Чバルブタイミングに影響を与えるものは何ですか？ バルブタイミングは、エンジンの動作モードの影響を受けます。 タイミングに移相器がない場合、最大の効果は特定の範囲のモーター回転でのみ達成されます。

バルブタイミング図は何ですか？ この図は、特定のRPM範囲で、シリンダー内の充填、燃焼、および洗浄がどのように効率的に行われるかを示しています。 バルブタイミングを正しく選択できます。