T.E.I. ANATOΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ...

T.E.I. ANATOΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ

ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

ΤΜΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦYΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

Τ.Ε. –ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΘΕΜΑ: ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ

ΣΠΟΥΔΑΣΤHΣ: ΠΑΛΙΟΥΡΑΣ ΧΡΗΣΤΟΣ του Αθανασίου Α.Ε.Μ. 5011

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΕΚΠAIΔΕΥΤΙΚΟΣ: ΙΩΑΝΝΗΣ Θ. ΑΡΑΜΠΑΤΖΗΣ

ΚΑΒΑΛΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 2014

Σύγχρονες Τάσεις Αυτοκίνησης και Μεταβλητός Χρονισμός

ΠΑΛΙΟΥΡΑΣ ΧΡΗΣΤΟΣ του Αθανασίου Α.Ε.Μ. 5011 Σελίδα 1

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

ΕΙΣΑΓΩΓH

E.1 Συμβατός χρονισμός ...................................................................... 8

Ε.1.1 Γενικά ................................................................................... 8

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο

ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΥ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ

1.1 Γενικά ....................................................................................................... 22

1.2 Εξέλιξη των συστημάτων μεταβλητού χρονισμού ....................................... 25

1.2.1 Φιλοσοφία του συστήματος μεταβλητού χρονισμού (VVT) ............... 27

1.2.2 Νέα δεδομένα στο μεταβλητό χρονισμό VVT-i της Toyota ............... 29

1.2.4 Ρύθμιση βύθισης και διάρκειας ανοίγματος των βαλβίδων ............... 33

1.3 Βοηθητικά συστήματα Μεταβλητού Χρονισμού ........................................... 34

1.3.1 Σύστημα Μεταβολής Valvelift ............................................................. 34

1.3.2 Οι εγκέφαλοι (ECU) των σύγχρονων αυτοκίνητων ........................... 39

1.4 Μέρη του συστήματος μεταβλητού χρονισμού ............................................ 44

1.4.1 Υδραυλικά ωστήρια ............................................................................ 44

1.4.2 Γενικά χαρακτηριστικά των υδραυλικών ............................................ 44

1.4.3 Ωστήριο µε προστασία υπερχείλισης ................................................ 45

1.4.4 Ωστήριο µε κάτω αναρρόφηση .......................................................... 45

1.4.5 Ωστήριο µε λαβύρινθο ........................................................................ 45

1.4.6 Ωστήριο 3CF (3CF = cylindrical cam contact) ................................... 45

1.4.7 Ρυθμιστής μεταβλητού χρονισμού ..................................................... 47

1.5 Εκκεντροφόρος άξονας .............................................................................. 48

1.5.1 Ο ρόλος του εκκεντροφόρου ............................................................. 49

1.6 Βαλβίδες ...................................................................................................... 50

1.6.1 Γενικά ................................................................................................. 50

1.6.2 Περιγραφή – Κατασκευαστικά στοιχεία βαλβίδας. ............................. 51

1.6.3 Υδραυλικές βαλβίδες. ......................................................................... 52

1.6.4 Πνευματικές βαλβίδες ......................................................................... 53



1.6.4.1 Περιγραφή και λειτουργία των πνευματικών βαλβίδων .................. 53

1.6.4.3 Μειονεκτήματα πνευματικής βαλβίδας ........................................... 55

1.6.5 Ηλεκτρουδραυλικες βαλβίδες ............................................................. 56

1.6.6 Βαλβίδες νατρίου ............................................................................... 60

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2Ο

ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΥ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ

2.1 V-TEC της honda ........................................................................................ 61

2.1.1 Τεχνολογία VTEC .............................................................................. 61

2.1.2 Τύποι VTEC και λειτουργία τους ...................................................... 63

2.2 VVT-I της toyota ......................................................................................... 70

2.2.1 Γενικά ................................................................................................. 70

2.2.2 Περιγραφή και λειτουργία του VVT-i ................................................... 71

2.2.3 Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα ........................................................... 74

2.2.4 VVTL-i Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥ VVT-i .......................................................... 75

2.2.5 ΤΑ ΣΤΑΔΙΑ ΚΑΙ ΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ VVTL-i .................................. 76

2.3 VANOS ΤΗΣ BMW ...................................................................................... 76

2.4 ROVER VVC .............................................................................................. 78

2.5 PORCHE VARIOCAM ................................................................................ 80


Ο ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΣΗΜΕΡΑ

3.1 Ρύθμιση βυθίσματος βαλβίδων ................................................................... 83

3.1.1 Valvetronic (Σύστημα βυθίσματος βαλβίδων της Bmw) ...................... 83

3.1.1.2 Περιγραφή λειτουργίας του Valvetronic ........................................... 85

3.1.2 Σύστημα βυθίσματος βαλβίδων Valvematic της Toyota ..................... 87

3.2 Τεχνολογία Multiair ...................................................................................... 89

3.2.1 Γενικά ................................................................................................. 89

3.2.2 Ανάλυση Τεχνολογίας Multiair ......................................................... 90

3.2.3 Alfa Romeo MiTo 1.4 "MultiAir" ........................................................ 93

3.3.4 Λειτουργία Ηλεκτρο-υδραυλικών Βαλβίδων ..................................... 97

3.3.5 Πλεονεκτήματα – Μειονεκτήματα Τεχνολογίας Multiair .................. 99



3.3.6 Εφαρμογή τεχνολογίας Multiair ...................................................... 100

3.3.7 Συμπεράσματα ............................................................................... 100

3.4 Το σύστημα PatAir .................................................................................... 101

ΕΠΙΛΟΓΟΣ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 104

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 105



ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΚΟΝΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Εικόνα Ε.1 Εκκεντροφόρος στο σώμα του κινητήρα .......................................... 9

Εικόνα Ε.2 Φωτογραφία εκκεντροφόρου............................................................ 9

Εικόνα Ε.3 Σύστημα χρονισμού σε τομή με δύο εκκεντροφόρους επικεφαλής 10

Εικόνα Ε.4 Στροφαλοφόρος τετρακύλινδρου κινητήρα με σφόνδυλο .............. 11

Εικόνα Ε.5 Μετάδοση κίνησης με ιμάντα ......................................................... 12

Εικόνα Ε.6 Μετάδοση κίνησης με καδένα ....................................................... 13

Εικόνα Ε.7 εκκεντροφόρος άξονας ................................................................... 14

Εικόνα Ε.8 Ωστήρια (ποτηράκια) ..................................................................... 15

Εικόνα Ε.9 Ωστικές ράβδοι (καλαμάκια). ......................................................... 15

Εικόνα Ε.10 Ζύγωθρα (κοκοράκια). ................................................................ 16

Εικόνα Ε.11 Άξονας ζυγώθρων. ...................................................................... 17

Εικόνα Ε.12 Βαλβίδες ..................................................................................... 18

Εικόνα Ε.13 Σύστημα υδραυλικών βαλβίδων. ................................................ 18

Εικόνα Ε.14 Λειτουργία πνευματικής βαλβίδας. ............................................. 19

Εικόνα Ε.15 Ηλεκτροϋδραυλική βαλβίδα. ....................................................... 20

Εικόνα Ε.16 Ελατήρια βαλβίδων…………………………………………………..21



Εικόνα 1.1 Κινητήρας Honda CBR400F του 1983 .......................................... 23

Εικόνα 1.2 Σπειροειδές διάγραμμα με overlap στη κορυφή του τόξου ΑΒ....... 24

Εικόνα 1.3 Valvematic της toyota ................................................................... 25

Εικόνα 1.4 Πρώτο σύστημα βαλβίδων της Honda ........................................... 26

Εικόνα 1.5 Κινητήρας i-VTEC .......................................................................... 28

Εικόνα 1.6 Κινητήρας VVT-i ............................................................................. 29

Εικόνα 1.7 Διάγραμμα στροφών κινητήρα-θέσης γκαζιού. ............................... 30

Εικόνα 1.8 Διάγραμμα ισχύος ......................................................................... 32

Εικόνα 1.9 Κινητήρας VVTL-i .......................................................................... 33

Εικόνα 1.10 Σύστημα λειτουργίας Valvelift ...................................................... 35



Εικόνα 1.11 Σύστημα της Audi Valvelift ........................................................... 36

Εικόνα 1.12 Κινητήρας της Audi με σύστημα valvelift. .................................... 39

Εικόνα 1.13 Εγκέφαλος (ECU) αυτοκινήτου .................................................... 40

Εικόνα 1.14 Ηλεκτρονική πλακέτα ................................................................... 44

Εικόνα 1.15 Υδραυλικά Ωστήρια ..................................................................... 44

Εικόνα 1.16 Υδραυλικό ωστήριο ...................................................................... 46

Εικόνα 1.17 Υδραυλικό ωστήριο στην ανοιχτή φάση ...................................... 47

Εικόνα 1.18 Ρυθμιστής μεταβλητού χρονισμού ............................................... 48

Εικόνα 1.19 Εκκεντροφόρος άξονας ............................................................... 49

Εικόνα 1.20 Εκκεντροφόρος επικεφαλής ........................................................ 50

Εικόνα 1.21 Λειτουργία βαλβίδων .................................................................... 51

Εικόνα 1.22 Τμήματα βαλβίδων. .................................................................... 51

Εικόνα 1.23 Δακτύλιοι εδρών βαλβίδας. ......................................................... 52

Εικόνα 1.24 Σύστημα υδραυλικών βαλβίδων. ................................................ 53

Εικόνα 1.25 Λειτουργία πνευματικών βαλβίδων ............................................. 54

Εικόνα 1.26 Κύκλωμα πνευματικής βαλβίδας ................................................. 55

ΕΕικόνα 1.27 Λειτουργία ηλεκτρουδραυλικής βαλβίδας .................................. 57

Εικόνα 1.28 Βαλβίδα με σύστημα multiair ...................................................... 59

Εικόνα 1.29 Λειτουργία ηλεκτρουδραυλικής βαλβίδας ................................... 59

Εικόνα 1.30 Λειτουργία σωληνοειδών βαλβίδων ............................................. 60

Εικόνα 1.31 Βαλβίδα νατρίου λοιπόν, η γίνεται η πρώτη που «φοράει ............ 61



Εικόνα 2.1 Τεχνολογία Κινητήρα V-TEC .......................................................... 63

Εικόνα 2.2 Ενιαίος επικεφαλής εκκεντροφόρος ............................................... 64

Εικόνα 2.3 Λειτουργία DOHC VTEC ................................................................ 64

Εικόνα 2.4 Λειτουργία SOHC VTEC-E ............................................................ 65

Εικόνα 2.5 Τα τρία στάδια του VTEC. .............................................................. 66

Εικόνα 2.6 Διάταξη συστήματος i-VTEC .......................................................... 67

Εικόνα 2.7 Λειτουργία του υπερ-VTEC ............................................................ 69

Εικόνα 2.8 Διάγραμμα μεταβολής χρονισμου-φάσης του εκκεντροφόρου. ....... 70

Εικόνα 2.9 Σύστημα κινητήρα VVT-i ................................................................. 71

Εικόνα 2.10 Σύστημα οδοντωτού τροχού ......................................................... 72



Εικόνα 2.11 Διάγραμμα χρονισμού (overlap) ................................................... 73

Εικόνα 2.12 Άνοιγμα-κλείσιμο βαλβίδων σε διαφορετικες χρονικές στιγμές ... 74

Εικόνα 2.13 Βύθισμα βαλβίδων VVTL-i ............................................................ 75

Εικόνα 2.14 Διάγραμμα λειτουργία VANOS της BMW. .................................. 77

Εικόνα 2.15 Το VANOS της BMW. ................................................................. 78

Εικόνα 2.16 Σύστημα rover vvc ....................................................................... 79

Εικόνα 2.17 Διάγραμμα VVC της ROVER ....................................................... 80

Εικόνα 2.18 Λειτουργία του συστήματος Variocam Plus. ............................... 80

Εικόνα 2.19 Έκκεντρα του συστήματος Variocam Plus. ................................. 81

Εικόνα 2.20 Κινητήρας Nissan VVL. .............................................................. 82



Εικόνα 3.1 Σύστημα Valvetronic ...................................................................... 84

Εικόνα 3.2 Διάγραμμα ροπής-ισχύος .............................................................. 85

Εικόνα 3.3 Λειτουργία Valvetronic ................................................................... 86

Εικόνα 3.4 Σύστημα Valvematic. ..................................................................... 87

Εικόνα 3.5 Λειτουργία συστήματος Valvematic ............................................... 89

Εικόνα 3.6 Κινητήρας τεχνολογίας Multiair ...................................................... 90

Εικόνα 3.7 Τεχνολογία Multiair ......................................................................... 92

Εικόνα 3.8 Κινητήρας Alfa Romeo Mito 1.4 ..................................................... 94

Εικόνα 3.9 Κινητήρας Alfa Romeo Mito TurboBenzina ................................... 95

Εικόνα 3.10 Έμβολο-Βαλβίδες τεχνολογίας MultiAir ....................................... 97

Εικόνα 3.11 Μηχανικά έκκεντρα MultiAir .......................................................... 98

Εικόνα 3.12 Λειτουργια κινητήρα Toyota prius ............................................... 102

Εικόνα 3.13 Θερμοδυναμικός κύκλος Pattakon .............................................. 103

Εικόνα 3.14 Σύστημα pattair ......................................................................... 103

Εικόνα 3.15 Σύστημα βυθίσματος βαλβίδων pattair ...................................... 105

Εικόνα 3.16 Λειτουργία βαλβίδων pattair ....................................................... 106

Εικόνα 3.17 Σύστημα pattair σε κινητήρες VTEC .......................................... 107

Εικόνα 3.18 Κινητήρας Μεταβλητής Χωρητικότητας ...................................... 108



ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Στην εισαγωγή γίνεται μια αναφορά και σύντομη περιγραφή της

λειτουργίας των εξαρτημάτων του κινητήρα που συμμετέχουν στο χρονισμό.

Τα εξαρτήματα αυτά είναι:

Στροφαλοφόρος άξονας

Πληκτροφορέας

Πλήκτρα

Ελατήρια

Βαλβίδες

Μετάδοση κίνησης

Εκκεντροφόρος Άξονας

Ωστήρια

Ωστικές ράβδοι

Στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφονται τα παραπάνω βασικότερα

συστήματα του μεταβλητού χρονισμού. Αναλύεται η εξέλιξή τους, η φιλοσοφία

τους, τα βοηθητικά τους συστήματα, τα τμήματα του συστήματος του

μεταβλητού χρονισμού.

Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύουμε τα πρώτα συστήματα μεταβλητού

χρονισμού απ’ τις σημαντικότερες εταιρείες στην αυτοκινητοβιομηχανία. Εδώ

βρίσκει κανείς εικόνες αλλά και περιγραφή της λειτουργίας τους.

Στο τρίτο κεφάλαιο ασχοληθήκαμε με το μεταβλητό χρονισμό στη

σημερινή εποχή και αναπτύξαμε κάποια από τα τελευταία και πιο σύγχρονα

συστήματα.



ΕΙΣΑΓΩΓΗ

E.1 Συμβατός χρονισμός

Ε.1.1 Γενικά

Χρονισμός είναι ο συντονισμός τις κίνησης του εμβόλου με την κίνηση

των βαλβίδων. Ουσιαστικά στον εσωτερικό χρονισμό συντονίζονται ο

στροφαλοφόρος και ο εκκεντροφόρος άξονας, ώστε το άνοιγμα και κλείσιμο των

βαλβίδων να γίνεται την κατάλληλη στιγμή και η διάρκεια ανοίγματος των

βαλβίδων να είναι επαρκής.

Τα εξαρτήματα του κινητήρα που συμμετέχουν στο χρονισμό είναι :


Πληκτροφορέας

Πλήκτρα

Ελατήρια

Βαλβίδες

Μετάδοση κίνησης

Εκκεντροφόρος Άξονας

Ωστήρια

Ωστικές ράβδοι

Ανάλογα με τη θέση του εκκεντροφόρου άξονα ως προς τον κινητήρα,

ποικίλουν τα εξαρτήματα και ο τρόπος συνεργασίας τους για να ολοκληρωθεί ο

εσωτερικός χρονισμός.

Ά Εκκεντροφόρος μέσα στον κινητήρα (εικόνα Ε1)



Η κίνηση του συστήματος χρονισμού δίνεται απ’ την περιστροφή

στροφαλοφόρο άξονα, απ’ τον οποίο μεταδίδεται μέσω οδοντωτού ιμάντα ή

αλυσίδας ή οδοντοτροχών (λοξής οδόντωσης) προς τον εκκεντροφόρο άξονα.

Εικόνα Ε.1 Εκκεντροφόρος στο σώμα του κινητήρα Ο εκκεντροφόρος είναι ένας άξονας στον οποίο υπάρχουν τα έκκεντρα

(εξογκώματα με ωοειδές σχήμα), που είναι τόσα, όσες και οι βαλβίδες του

κινητήρα (εικόνα Ε.2).

Εικόνα Ε.2 Φωτογραφία εκκεντροφόρου

Αυτός ο άξονας, παίρνοντας κίνηση απ’ το στροφαλοφόρο, όπως

περιγράφηκε παραπάνω, περιστρέφεται, αλλάζοντας έτσι τη θέση των

έκκεντρων. Όταν η αιχμηρή ακμή τους είναι προς τα πάνω, τότε πιέζουν τα

αντίστοιχα ωστήρια (ποτηράκια), που με τη σειρά τους ωθούν τις ωστικές

ράβδους (καλαμάκια) κι’ αυτές τα πλήκτρα (κοκοράκια), που τελικά πιέζουν τις

βαλβίδες, με αποτέλεσμα να τις ανοίγουν ενεργώντας αντίθετα προς τη δύναμη

των ελατηρίων. Όταν τα έκκεντρα περιστραφούν στην ομαλή πλευρά τους, τότε

ο συνδυασμός των παραπάνω πιέσεων παύει να υφίσταται, οι βαλβίδες



παύουν να πιέζονται κι έτσι τα ελατήρια με την προέντασή τους επανέρχονται

στην αρχική τους θέση κλείνοντας τις βαλβίδες.

Β΄ Εκκεντροφόρος άξονας επικεφαλής

Όταν ο εκκεντροφόρος είναι πάνω απ΄ τους κυλίνδρους (εικόνα Ε.3),

τότε διακρίνουμε δύο βασικές περιπτώσεις:

Να υπάρχουν πλήκτρα (κοκοράκια) που πιέζονται απ’ τα έκκεντρα χωρίς

την παρεμβολή ωστηρίων και ωστικών ράβδων.

Τα έκκεντρα να πιέζουν τα ωστήρια (συνήθως υδραυλικά) και αυτά

απευθείας να πιέζουν τις βαλβίδες.

Εικόνα Ε.3 Σύστημα χρονισμού σε τομή με δύο εκκεντροφόρους επικεφαλής

Στις περιπτώσεις αυτές η μετάδοση της περιστροφικής κίνησης απ’ το

στροφαλοφόρο στον εκκεντροφόρο άξονα γίνεται με τους τρόπους που

περιγράφηκαν στην προηγούμενη περίπτωση, μόνο που το σύστημα

μετάδοσης κίνησης γίνεται πιο πολύπλοκο με τη συμμετοχή συστήματος

τροχαλιών και οδοντωτών τροχών. Επίσης δεν χρειάζονται ωστικές ράβδοι,

πλήκτρα και πληκτροφορέας.

Επειδή μια πλήρης κίνηση των βαλβίδων θα γίνει κατά τη διάρκεια των

τεσσάρων χρόνων, δηλαδή κατά τη διάρκεια δύο στροφών του



στροφαλοφόρου, ο εκκεντροφόρος πρέπει να περιστρέφεται με το ήμισυ των

στροφών του στροφαλοφόρου άξονα.


Ο συγκεκριμένος άξονας (εικόνα Ε.4) αποτελεί το εξάρτημα που

ουσιαστικά μετατρέπει την ενέργεια που παράγεται από την παλινδρομική

κίνηση των εμβόλων, τα οποία κινούνται από την εκτόνωση των αερίων στο

θάλαμο καύσης. Με απλά λόγια, οι διωστήρες (μπιέλες) στρέφουν το

στροφαλοφόρο άξονα, μετατρέποντας την παλινδρομική σε περιστροφική

κίνηση. Στα βασικά μέρη της μηχανικής συναρμογής περιλαμβάνονται τα

κομβία βάσης, έδρανα υψηλής αντοχής στα οποία στηρίζεται και περιστρέφεται

ο στροφαλοφόρος, ενώ ταυτόχρονα λιπαίνονται, ώστε να μειωθούν οι

παραγόμενες τριβές και κατά συνέπεια η θερμότητα. Τα σημεία που συνδέονται

οι διωστήρες ονομάζονται κομβία στροφάλων, ενώ τα εξογκώματα σε σχήμα

κιθάρας λειτουργούν ως αντίβαρα τα οποία χρησιμεύουν για τη στατική και

δυναμική ζυγοστάθμιση του άξονα.

Εικόνα Ε.4 Στροφαλοφόρος τετρακύλινδρου κινητήρα με σφόνδυλο

Το υλικό κατασκευής ενός στροφαλοφόρου συνήθως είναι χυτός

χάλυβας ή επεξεργασμένος χάλυβας υψηλής αντοχής, ενώ σε εξεζητημένες

εφαρμογές υιοθετείται η σφυρηλατική μέθοδος κατασκευής. Η εξέλιξη των

μεταλλουργικών κατεργασιών εξασφαλίζει την απαιτούμενη αντοχή στις

καμπτικές ροπές που δέχεται ο άξονας, διατηρώντας παράλληλα το συνολικό



βάρος του κινητήρα σε χαμηλά επίπεδα αφού ο στροφαλοφόρος αποτελεί ένα

από τα βαρύτερα εξαρτήματα ενός μοτέρ.

Β’ Μετάδοση κίνησης

Η μετάδοση κίνησης εσωτερικά του κινητήρα γίνεται με τρεις τρόπους:

Με ιμάντα: Ιμάντας, που στην εσωτερική του επιφάνεια φέρει οδοντώσεις

(εικόνα Ε.5) και με τον οποίο παίρνει κίνηση ο εκκεντροφόρος απ’ το

στροφαλοφόρο άξονα. Σε σχέση με την αλυσίδα προσφέρει αθόρυβη

λειτουργία, έχει μικρότερο βάρος και δεν απαιτεί λίπανση αλλά επιβαρύνει τον

οδηγό με κόστος αντικατάστασης στα περίπου 60.000 χιλιόμετρα. Πάντως, σε

αρκετά νέα μοντέλα υπάρχουν ιμάντες που αλλάζουν αρκετές δεκάδες

χιλιόμετρα αργότερα.

Εικόνα Ε.5 Μετάδοση κίνησης με ιμάντα

Με καδένα (αλυσίδα εκκεντροφόρου): Η καδένα είναι ένας τύπος

αλυσίδας μέσω της οποίας παίρνει κίνηση ο εκκεντροφόρος άξονας από το

στροφαλοφόρο. Λόγω του θορύβου που προκαλεί η κίνησή της, τη θέση της

παίρνουν συνήθως οι οδοντωτοί ιμάντες. Ωστόσο, οι λεγόμενοι ιμάντες

χρονισμού χρειάζονται έλεγχο και αντικατάσταση συνήθως κάθε 60.000

χιλιόμετρα κάτι το οποίο δεν είναι απαραίτητο στην περίπτωση της καδένας.

Έτσι, ο κάτοχος ενός αυτοκινήτου με καδένα (όπως είναι το Toyota Yaris) δεν

επιβαρύνεται με το έξοδο της αλλαγής του ιμάντα χρονισμού.



Εικόνα Ε.6 Μετάδοση κίνησης με καδένα

Κίνηση με οδοντοτροχούς: Χρησιμοποιείται όταν ο εκκεντροφόρος

άξονας βρίσκεται μέσα στον κορμό του κινητήρα. Η παλινδρομική κίνηση γίνεται

μέσω ράβδων ώθησης απ’ τον εκκεντροφόρο προς τα ζύγωθρα. Για την

απόσβεση των θορύβων οι οδοντοτροχοί έχουν λοξή οδόντωση. Για τον ίδιο

λόγο, λοξή οδόντωση έχει και ο οδοντοτροχός του εκκεντροφόρου άξονα.

Γ. Εκκεντροφόρος Άξονας

Είναι ένας άξονας που φέρει ένα σύνολο εκκέντρων. Όταν ο

εκκεντροφόρος περιστρέφεται τα έκκεντρα σπρώχνουν τα ωστήρια των

βαλβίδων ενώ ανάλογα με τη διάταξη του κινητήρα μπορεί να υπάρξει ένας ή

και περισσότεροι εκκεντροφόροι. Τα περισσότερα σύγχρονα μοτέρ εξοπλίζονται

με δύο εκκεντροφόρους, που βρίσκονται στο επάνω μέρος της

κυλινδροκεφαλής και λαμβάνουν κίνηση από το στροφαλοφόρο άξονα μέσω

ιμάντα, οδοντωτών τροχών ή αλυσίδας (καδένα). Ο εκκεντροφόρος άξονας

περιστρέφεται με τις μισές στροφές απ’ ό,τι ο στροφαλοφόρος. Στους

παλιότερης τεχνολογίας κινητήρες ο ή οι εκκεντροφόροι βρίσκονταν στα πλάγια

του κινητήρα και κινούσαν τις βαλβίδες μέσω ωστικών ζύγωθρων τα γνωστά

«κοκοράκια». Οι σύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούν «επικεφαλής

εκκεντροφόρους», όπου θα πρέπει να πούμε πως έχουν σχέση με τη σχεδίαση

των βαλβίδων, έτσι ώστε ο εκκεντροφόρος να βρίσκεται ενσωματωμένος στην

κυλινδροκεφαλή και ακριβώς πάνω απ’ αυτές.



Εικόνα Ε.7 εκκεντροφόρος άξονας

Ολόκληρος ο μηχανισμός πιέζει τις βαλβίδες απ’ευθείας με τα έκκεντρα ή

με την παρεμβολή των υδραυλικών ωστηρίων οπότε γίνεται πιο κόμπακτ σε

διαστάσεις, γιατί βρίσκεται κοντύτερα στις βαλβίδες κι έτσι τα μέρη του όλου

μηχανισμού ανοίγματος και κλεισίματός τους μπορούν να είναι πιο ελαφριά. Οι

βαλβίδες μπορούν ν’ ανοιγοκλείνουν πιο γρήγορα και συνεπώς ο κινητήρας να

είναι πιο εύστροφος και πιο ελαστικός στη λειτουργία του. Στα συστήματα μ’

έναν επικεφαλής εκκεντροφόρο (SOHC) ο ίδιος εκκεντροφόρος κινεί όλες τις

βαλβίδες, ενώ στους κινητήρες με δύο επικεφαλής εκκεντροφόρους (DOHC) ο

ένας κινεί τις βαλβίδες εισαγωγής και ο άλλος τις βαλβίδες εξαγωγής.

Ωστήρια (ποτηράκια): Το σύστημα μετάδοσης κίνησης των βαλβίδων με ωστήριο είναι ένα

σύστημα με άμεση μετάδοση κίνησης. Μεταξύ βαλβίδας κι εκκεντροφόρου

άξονα δεν τοποθετείται κανένα στοιχείο μετάδοσης. Η παλινδρομική κίνηση του

έκκεντρου μεταδίδεται απευθείας απ’ το καμπύλο μέρος του ωστηρίου (εικόνα

Ε.8) στη βαλβίδα.

Οι άμεσοι μηχανισμοί κίνησης ξεχωρίζουν από πολύ καλές τιμές

ακαμψίας και ταυτόχρονα μικρές κινούμενες μάζες. Δείχνουν επομένως καλή

συμπεριφορά και σε υψηλές στροφές. Η λήψη απ’ τα ωστήρια εκτελείται μέσω

ολίσθησης, δηλαδή μεταξύ του καμπύλου μέρους του ωστηρίου κι έκκεντρου

παρουσιάζονται απώλειες τριβής. Μέσω μιας κατάλληλης ένωσης υλικών



μπορούν αυτές οι απώλειες να διατηρηθούν σε χαμηλά επίπεδα. Για να μειωθεί

κι άλλο η εμφανιζόμενη φθορά σε μερικές παραλλαγές ωστηρίων, το έκκεντρο

τοποθετείται τροχισμένο λοξά και μετατοπισμένο προς το πλάι του ωστηρίου,

ώστε αυτό σε κάθε κίνηση να περιστρέφεται με μία συγκεκριμένη γωνία

περιστροφής.

Εικόνα Ε.8 Ωστήρια (ποτηράκια)

Ωστικές ράβδοι (καλαμάκια)

Στους ΟΗV κινητήρες ( μ’ επικεφαλείς βαλβίδες) με τον εκκεντροφόρο

τοποθετημένο στον κορμό, χρησιμοποιούνται ωστικές ράβδοι (εικόνα Ε.9) για

να μεταφέρουν την κίνηση απ’ τον εκκεντροφόρο μέσω των ζυγώθρων στις

βαλβίδες. Εκτός απ’ τη σύνδεση για μεταφορά της κίνησης μερικές ωστικές

ράβδοι χρησιμοποιούνται σαν αγωγοί για τη μεταφορά λαδιού στα ζύγωθρα. Το

λάδι στέλνεται επάνω μέσω της εσωτερικής κοιλότητας της ωστικής ράβδου.

Το κάτω μέρος της ωστικής ράβδου είναι τοποθετημένο μέσα στην

κοιλότητα του ωστηρίου (ποτηράκι). Το βάθος της κοιλότητας σ’ αυτό το σημείο

είναι αρκετο, ώστε να προλαμβάνει την πτώση της ωστικής ράβδου απ’ το

ωστήριο κατά τη διάρκεια της λειτουργίας. Το πάνω μέρος της ωστικής ράβδου

τοποθετείται μέσα σε μια κοιλότητα του ζυγώθρου.

Εικόνα Ε.9 Ωστικές ράβδοι (καλαμάκια).

Ζύγωθρα (κοκοράκια)



Αν οι βαλβίδες δεν παίρνουν κίνηση άμεσα απ’ τον εκκεντροφόρο (μέσω

κυπελλοειδών ωστηρίων), τότε ανοίγονται απ’ τον εκκεντροφόρο άξονα μέσω

ζυγώθρων (κοκοράκια) (εικόνα Ε.10).

Υπάρχουν ζύγωθρα του ενός βραχίονα, τα οποία στηρίζονται με το ένα

άκρο τους πάνω σε πίρο με σφαιρική κεφαλή. Στο άλλο άκρο τους μεταφέρουν

την κίνηση του έκκεντρου πάνω στην βαλβίδα. Η τριβή μεταξύ έκκεντρου και

ζυγώθρου μπορεί να μειωθεί, αν στο βραχίονα τοποθετηθεί τροχίσκος.

Εικόνα Ε.10 Ζύγωθρα (κοκοράκια). Εκτός απ τα ζύγωθρα του ενός βραχίονα υπάρχουν κι άλλα, δύο

βραχιόνων. Ο εκκεντροφόρος βρίσκεται κάτω απ’ τα ζύγωθρα. Η ανύψωση του

ζυγώθρου απ’ το έκκεντρο μετατρέπεται σε κίνηση της βαλβίδας. Η τριβή

μεταξύ έκκεντρου και ζυγώθρου μειώνεται με τη χρήση ενός τροχίσκου, όπως

και στην προηγούμενη περίπτωση.

Τα ζύγωθρα κατασκευάζονται κατά προτίμηση από λαμαρίνα.

Παράλληλα υπάρχουν μερικά που κατασκευάζονται από χυτοχάλυβα με

μέθοδο χύτευσης ακρίβειας. Την επαφή προς το έκκεντρο δημιουργεί συχνά

ένας κύλινδρος με ρουλεμάν (ζυγώθρου με ρουλεμάν). Η ροπή αδράνειας της

μάζας και η ακαμψία του ζυγώθρου εξαρτώνται πολύ απ’ τον τύπο κατασκευής.

Σε σύγκριση με τα ωστήρια κοντοί μοχλοί δημιουργούν μικρότερες ροπές

αδράνειας κι εκτός αυτού μπορούν να πραγματοποιηθούν κατασκευές με

μικρότερα σώματα, απ’ την πλευρά της βαλβίδας. Όσον αφορά την ακαμψία, τα

ζύγωθρα με ρουλεμάν μειονεκτούν σε σχέση μ’ εκείνα τα ωστήρια.

Άξονας ζυγώθρων (πιανόλα)

Ο άξονας ζυγώθρων (εικόνα Ε.11) τοποθετείται στο πάνω μέρος της

κεφαλής κι έχει σαν σκοπό την στήριξη των ζυγώθρων (κοκοράκια) καθώς και

την ευθυγράμμισή τους. Κατά τη λειτουργία του καταπονείται σε κάμψη κι

εφελκυσμό λόγω των αδρανειακών δυνάμεων που ασκούνται στον κορμό του.



Εικόνα Ε.11 Άξονας ζυγώθρων.

Βαλβίδες:

Οι βαλβίδες (εικόνα Ε.12) σαν ενιαία κομμάτια αποτελούνται από πολλά

μέρη. Η μεγάλη διάμετρος της βαλβίδας καλείται κεφαλή. Η κωνική επιφάνεια,

περιφερειακά της κεφαλής με την οποία εξασφαλίζεται στεγανή επαφή με την

έδρα της, ονομάζεται πρόσωπο. Η γωνία αυτής της κωνικότητας είναι 30° ή

45°.

Όταν η βαλβίδα κάθεται στην έδρα της δεν πρέπει να επιτρέπεται τη ροή

καυσίμου μίγματος ή καυσαερίων απ’ αυτή, κάτι που εξασφαλίζεται με την

κατάλληλη λείανση της έδρας και της κωνικής επιφάνειας της βαλβίδας

(πρόσωπο).

Η επιφάνεια μεταξύ του δίσκου κεφαλής και της κωνικής επιφάνειας

ονομάζεται χείλος. Το στέλεχος της βαλβίδας κινείται μέσα στον οδηγό

ευθύγραμμα. Στην ουρά της βαλβίδας τοποθετούνται οι ασφάλειες προκειμένου

να κρατούν αυτή πάνω στο ελατήριο με κάποια προένταση. Επίσης είναι

απαραίτητο το στεγανοποιητικό εξάρτημα (τσιμουχάκι) για να προληφθεί η

διαρροή λαδιού απ’ την ουρά προς την κεφαλή.



Εικόνα Ε.12 Βαλβίδες Υδραυλικές βαλβίδες.

Σήµερα, στους περισσότερους κινητήρες χρησιμοποιούνται οι υδραυλικές

(αυτορρυθμιζόμενες) βαλβίδες (εικόνα Ε.13). Στις βαλβίδες αυτές δεν απαιτείται

ρύθμιση του διάκενου (χάρης), επειδή διαθέτουν σύστηµα υδραυλικής

αντιστάθμισης της χάρης, που χρειάζεται να υπάρχει ανάµεσα στο στέλεχος της

βαλβίδας και στο ζύγωθρο ή στο έκκεντρο, όταν ο εκκεντροφόρος είναι

επικεφαλής. Με το σύστηµα αυτό, αντισταθμίζεται η μεταβολή του μήκους του

στελέχους της βαλβίδας και των λοιπών εξαρτημάτων µε υδραυλικό τρόπο,

ώστε να μηδενίζεται η χάρη, όταν ο κινητήρας λειτουργεί.

Εικόνα Ε.13 Σύστημα υδραυλικών βαλβίδων.



Όταν οι βαλβίδες ωθούνται άµεσα απ’ τον επικεφαλής εκκεντροφόρο, το

στοιχείο αντιστάθμισης βρίσκεται μέσα στο κυπελοειδές ωστήριο. Αν οι

βαλβίδες κινούνται µέσω ζυγώθρων, τότε το έδρανο του ζυγώθρου

στην κυλινδροκεφαλή διαμορφώνεται ως στοιχείο αντιστάθμισης της χάρης. Ο

τρόπος λειτουργίας είναι ίδιος µ’ αυτόν της προηγούμενης περίπτωσης.

Πνευματικές βαλβίδες.

Θα μπορούσε να πει κανείς ότι είναι η εξέλιξη του συμβατικού

συστήματος των βαλβίδων, το οποίο όμως καταργεί τη χρήση ελατηρίων για

την επαναφορά των βαλβίδων. Ουσιαστικά, οι πνευματικές βαλβίδες (εικόνα

Ε.12) δουλεύουν μ’ ένα κύκλωμα του οποίου η πίεση δίνει στη βαλβίδα την

τάση και την ένταση να επανέλθει στην κλειστή της θέση, ακριβώς όπως και το

ελατήριο. Παραστατικότερα φαίνεται στο παρακάτω σχέδιο, όπου καθαρά

βλέπουμε τον κενό χώρο, στον οποίο το κύκλωμα επιδρά, αυξάνοντας την

πίεση, προκειμένου αυτό να δρα ως ελατήριο για την επαναφορά της βαλβίδας

στην κλειστή της θέση.

Εικόνα Ε.14 Λειτουργία πνευματικής βαλβίδας.

Το κύκλωμα χρησιμοποιεί άζωτο, το οποίο είναι αδρανές αέριο και τα

χαρακτηριστικά του είναι όμοια μ’ αυτά του αέρα ως μέσο πίεσης του

συστήματος. Για να λειτουργήσει το σύστημα απαιτεί την ύπαρξη μιας

εξωτερικής δεξαμενής συμπιεσμένου αερίου (συνήθως τοποθετημένη μέσα σε

ένα από τα δύο πλευρικά καλύμματα ψυγείων του), ενός ρυθμιστή πίεσης του

κυκλώματος μονόδρομων βαλβίδων ροής, καθώς και συστήματος αφαίρεσης



καταλοίπων λαδιού που τυχόν να εισχωρήσουν στο σύστημα κατά τη

λειτουργία του και να δημιουργήσουν προβλήματα.

Ηλεκτροϋδραυλικές βαλβίδες.

Για να πάμε ένα βήμα παρακάτω, εταιρίες όπως η Honda έχουν

πειραματιστεί και με συστήματα ηλεκτροϋδραυλικών βαλβίδων που

εφαρμόζουν την ίδια αρχή λειτουργίας, καταργούν όμως τη χρήση

εκκεντροφόρων και χρησιμοποιούν πνευματικό σύστημα και για το άνοιγμα της

βαλβίδας εκτός απ’ το κλείσιμό της. Τα πλεονεκτήματα ενός τέτοιου

συστήματος είναι πολλά, με σημαντικότερα τη μείωση των απωλειών ισχύος

του κινητήρα γιατί δεν έχουμε εκκεντροφόρους να χρειάζεται να πάρουν κίνηση

από αυτόν, αλλά και την απόλυτα ρυθμιζόμενη συμπεριφορά των βαλβίδων

όσον αφορά τη διάρκεια και το χρονισμό τους, με οφέλη στην επέκταση του

ωφέλιμου εύρους λειτουργίας του κινητήρα.

Εικόνα Ε.15 Ηλεκτροϋδραυλική βαλβίδα.

Τη δομή ενός τέτοιου συστήματος βλέπουμε στην παραπάνω εικόνα

1.60, όπου έχουμε τη βαλβίδα στο κέντρο συνδεδεμένη στο πάνω μέρος της μ’

ένα τύπο πιστονιού και δύο δεξαμενές πίεσης συνδεδεμένες με την πάνω και

την κάτω πλευρά του θαλάμου, στον οποίο βρίσκετε το προαναφερθέν πιστόνι.

Με τη χρήση ηλεκτροβαλβίδων και ρυθμιστών πίεσης η κίνηση της βαλβίδας

είναι απόλυτα ελεγχόμενη. Ασφαλώς, ένα τέτοιο σύστημα δεν έχει κάνει την

εμφάνισή του σε μονοθέσιο της Formula 1 λόγω της ευπάθειάς του, κάτι που με



την κατάλληλη εξέλιξη ίσως το δούμε κάποια στιγμή σ’ εφαρμογή στο εγγύς

μέλλον.

Ελατήρια Βαλβίδων

Υπάρχουν δύο βασικές λειτουργίες των ελατηρίων (εικόνα Ε.14) των

βαλβίδων: η πρώτη είναι ότι κλείνει η βαλβίδα στεγανά στην έδρα της και η

δεύτερη είναι ότι παρέχεται η κατάλληλη προένταση (δύναμη) στη βαλβίδα,

ώστε να μην ταλαντεύεται όταν ανοίγει. Το ελατήριο πρέπει να είναι ικανό ν’

αντέχει τις καταπονήσεις απ’ τις ταλαντώσεις, αλλά και τις θερμικές, απ’ τις

υψηλές θερμοκρασίες του θαλάμου καύσεως.

Εικόνα Ε.16 Ελατήρια βαλβίδων.

Είναι εξίσου ουσιώδες στην κινηματική αλυσίδα της βαλβίδας όσο και τα

υπόλοιπα εξαρτήματα. Στους σύγχρονους πολύστροφους αλλά και υψηλής

απόδοσης κινητήρες το ελατήριο είναι ένας σημαντικός παράγοντας για το

αποτέλεσμα αυτό. Είναι επιφορτισμένο ν’ ανοίγει και να κλείνει τις βαλβίδες 50

φορές το δευτερόλεπτο, όταν ο κινητήρας λειτουργεί στις 6000 στροφές. Μετά

τη χρήση τους για ορισμένα χιλιόμετρα τα ελατήρια χάνουν την τάση τους,

εξασθενίζουν, μαλακώνουν ή και σπάνε.





1.1 Γενικά

Στα τέλη της δεκαετίας του '60 ο Giovanni Torazza επινοεί για τη Fiat ένα

υδραυλικό σύστημα που μεταβάλει το χρονισμό και τη βύθιση των βαλβίδων.

Το 1975 η GM παρουσιάζει ένα παρόμοιο σύστημα για τις βαλβίδες εισαγωγής,

στις χαμηλές στροφές, με στόχο τη μείωση των εκπομπών ρύπων. Το πρώτο

αυτοκίνητο παραγωγής με μηχανικό VVT(Valve Variable Timing) σύστημα ήταν

η Alfa Romeo Spider του 1980 με ψεκασμό SPICA. Για να φέρει την

επανάσταση η Honda με το CBR400F του 1983 (εικόνα 1.1) και το περίφημο

VTEC που αργότερα πέρασε στα CIVIC και CRX.



Εικόνα 1.1 Κινητήρας Honda CBR400F του 1983

Το σύστημα αυτό επινοήθηκε, γιατί όσο αυξάνονται οι στροφές ενός

κινητήρα τόσο η διάρκεια μεταξύ των χρόνων μικραίνει, με αποτέλεσμα να

μπαίνει όλο και λιγότερο φρέσκος αέρας στους θαλάμους καύσης και να

ξεμένουν περισσότερα καυσαέρια. Μια λύση είναι το πρόωρο άνοιγμα των

βαλβίδων εισαγωγής και το καθυστερημένο κλείσιμο των βαλβίδων εξαγωγής.

Με άλλα λόγια: πώς μπορεί να επιτευχθεί καλύτερη απόδοση του κινητήρα όσο

η βελόνα του στροφόμετρου «ανηφορίζει»; Μ’ επικαλύψεις των βαλβίδων

(επικάλυψη ή overlap: όταν και οι δύο βαλβίδες εισαγωγής κι εξαγωγής μένουν

ταυτόχρονα ανοιχτές, (εικόνα 1.2, ΑΒ) .Στους παλιότερης τεχνολογίας κινητήρες

οι μηχανικοί προσάρμοζαν την επικάλυψη ανάλογα με τις προδιαγραφές του

οχήματος. Για παράδειγμα, σ’ ένα φορτηγάκι το overlap είναι μικρότερο για

περισσότερη ροπή χαμηλά. Αντίθετα, σε μοντέλα υψηλών επιδόσεων έχουμε

μεγαλύτερη επικάλυψη στις υψηλές στροφές με τίμημα τη ροπή στις χαμηλές.



Εικόνα 1.2 Σπειροειδές διάγραμμα με overlap στη κορυφή του τόξου ΑΒ

Ωστόσο, δεν μπορούν να υπάρξουν οι ίδιοι βαθμοί επικάλυψης στο ίδιο

φάσμα στροφών, αφού π.χ. μπορεί να παρουσιαστεί εισροή καυσαερίων προς

την πολλαπλή εισαγωγής ή διαφυγή μίγματος από τη βαλβίδα εξαγωγής. Εδώ,

την κατάσταση μπαλώνουν τα συστήματα μεταβλητού χρονισμού (Variable

Valve Timing), που επιτρέπουν τη διαφοροποίηση των επικαλύψεων σε

διαφορετικές στροφές λειτουργίας του κινητήρα, αυξάνοντας την ισχύ και

βελτιώνοντας θεαματικά τη ροπή. Έτσι, το άνοιγμα και το κλείσιμο των

βαλβίδων μπορεί να μεταβάλλεται, καθώς και η μείωση ή η αύξηση της

επικάλυψης. Ωστόσο, πώς επιτυγχάνεται ο μεταβλητός χρονισμός;

Ο απλούστερος και φτηνότερος κατασκευαστικά τρόπος αφορά στη

μεταβολή της φάσης (γωνίας) του εκκεντροφόρου εισαγωγής ως προς την

εξαγωγή κατά μερικές δεκάδες μοίρες, με την προϋπόθεση ότι υπάρχουν δύο

επικεφαλής εκκεντροφόροι, όπως συμβαίνει στα περισσότερα νέας τεχνολογίας

οχήματα. Στο σύστημα VVΤL-i της Toyota μία σφήνα κλειδώνει το κοκοράκι που

αφήνει τη βαλβίδα να βυθιστεί πιο πολύ στις υψηλές στροφές λειτουργίας. Το

σκαλοπάτι ισχύος γίνεται άμεσα αντιληπτό από τον οδηγό στις 6.000 σ.α.λ.

ακόμη και από τον ήχο που βγάζει το μοτέρ της Celica με τους 190 ίππους.

Ακόμη καλύτερο όμως φαίνεται να είναι το Valvematic της Toyota που



προσφέρει αύξηση της ισχύος (έως 10%), μείωση της κατανάλωσης (5- 10%)

αλλά είναι πιο κόμπακτ και απλό δομικά από ό,τι τα Valvetronic και VVEL.

Εικόνα 1.3 Valvematic της toyota

Στο σύνολό του το Valvematic (εικόνα 1.3) απαρτίζεται από έναν

πρόσθετο άξονα που βρίσκεται ανάμεσα στους εκκεντροφόρους εισαγωγής κι

εξαγωγής, το μηχανισμό που υποβοηθά στη μεταβολή της βύθισης και

βρίσκεται από τη μεριά του βολάν καθώς και το διπλό VVΤi που «καθαρίζει»

κυρίως στις χαμηλές στροφές. Όπως φαίνεται, στην Toyota έχουν φτιάξει το

αποδοτικότερο σύστημα μεταβλητού χρονισμού.

1.2 Εξέλιξη των συστημάτων μεταβλητού χρονισμού

Από το 1983 κιόλας έκανε την εμφάνισή του το πρώτο σύστημα

βαλβίδων μεταβλητού χρονισμού (εικόνα 1.4), στην προσπάθεια να λύσει το

πρόβλημα της μείωσης της απόδοσης στις χαμηλές στροφές. Το σύστημα αυτό

παρουσίασε η HONDA και το χρησιμοποίησε στις μοτοσικλέτες της που είχαν

πολυβάλβιδους κινητήρες.



Εικόνα 1.4 Πρώτο σύστημα βαλβίδων της Honda

Οι τέσσερις βαλβίδες κάθε κυλίνδρου ήταν χωρισμένες σε δύο ζεύγη,

δύο βαλβίδες εισαγωγής και δύο εξαγωγής. Το κάθε ζεύγος βαλβίδων έπαιρνε

κίνηση από ένα ζευγάρι κοκοράκια. Από τα κοκοράκια αυτά το ένα, το

πρωτεύον, βρισκόταν σε μόνιμη εμπλοκή με τον εκκεντροφόρο άξονα, ενώ το

άλλο συμπλεκόταν και αποσυμπλεκόταν από το πρωτεύον μ’ έναν πείρο που

τον κινούσε ένα υδραυλικό έμβολο. 'Όταν οι στροφές ανέβαιναν, αύξανε η

πίεση στο υγρό του συστήματος και το έμβολο κινούσε τον πείρο που

«κλείδωνε» μεταξύ τους τα δύο κοκοράκια. Μ’ αυτόν τον τρόπο στις χαμηλές

στροφές ανοιγόκλειναν μόνο οι δύο από τις τέσσερις βαλβίδες (δηλ. μια

εισαγωγής και μια εξαγωγής), ενώ στις υψηλές στροφές ανοιγόκλειναν και οι

τέσσερις. 'Ετσι λυνόταν εν μέρει το πρόβλημα της απώλειας συμπίεσης και της

μεγάλης ανάμιξης καυσαερίων με καύσιμο μίγμα στις χαμηλές στροφές. Δεν

δινόταν όμως οριστική λύση μιας και ο χρόνος επικάλυψης του ανοίγματος των

βαλβίδων, έστω και των μισών, παρέμενε ο ίδιος.

H τεχνολογία των συστημάτων μεταβλητού χρονισμού των βαλβίδων,

που άλλοτε βρίσκαμε μόνο σε πανίσχυρους αγωνιστικούς κινητήρες, είναι



πλέον προσιτή ακόμα και για εφαρμογή σε απλούς κινητήρες καθημερινής

χρήσης. H εξέλιξη των κινητήρων ευρείας χρήσης την τελευταία δεκαετία είναι

κάτι παραπάνω από εντυπωσιακή. Ξεκινώντας από τους πολυβάλβιδους

κινητήρες, η ειδική απόδοση (ιπποδύναμη ανά λίτρο) έφτασε σε πολύ υψηλά

επίπεδα, με τη χρησιμοποίηση συστημάτων μεταβλητού χρονισμού των

βαλβίδων.

1.2.1 Φιλοσοφία του συστήματος μεταβλητού χρονισμού (VVT)

H HONDA χρησιμοποίησε πρώτη το σύστημα i-VTEC (εικόνα 1.5) ,

πετυχαίνοντας από έναν ατμοσφαιρικό κινητήρα απόδοση 100 ίππων/λίτρο

που, ακόμα και σήμερα, παραμένει μια από τις κορυφαίες τιμές. H εξέλιξη της

τεχνολογίας των υλικών και η ανάπτυξη της ηλεκτρονικής έχουν κάνει εφικτή τη

χρήση τους, ακόμα και σε κινητήρες που δεν προορίζονται για αυτοκίνητα

ειδικού χαρακτήρα. H ευρεία χρήση των συστημάτων μεταβλητού χρονισμού

των βαλβίδων (Variable Valve Timing) οφείλεται στο γεγονός πως, αν

και πρόκειται για απλούς και πλέον φθηνούς μηχανισμούς, έχουν ιδιαίτερα

θετικές επιδράσεις στην απόδοση του κινητήρα. H λειτουργία και ο ρόλος των

συστημάτων μεταβλητού χρονισμού γίνεται άμεσα αντιληπτός, αν λάβουμε

υπόψη τις μεταβολές στην «αναπνοή» του κινητήρα σ’ όλο το φάσμα στροφών.

Για παράδειγμα, σε υψηλούς ρυθμούς περιστροφής, το χρονικό διάστημα, κατά

το οποίο γίνεται εισαγωγή κι εξαγωγή του μίγματος καυσίμου και των

καυσαερίων, μειώνεται.

Σ’ αυτές τις συνθήκες λειτουργίας, η ταχύτητα του μίγματος καυσίμου και

των καυσαερίων δεν είναι αρκετή για την ικανοποιητική πλήρωση κι εκκένωση,

αντίστοιχα, του θαλάμου καύσης. Έτσι, το βέλτιστο, σ’ αυτήν την περίπτωση,

είναι το πρόωρο άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής και το αργότερο κλείσιμο

των βαλβίδων εξαγωγής. Mια τέτοια ρύθμιση στο χρονισμό των βαλβίδων

βελτιώνει την απόδοση και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του κινητήρα στις

ψηλές στροφές, όμως (επειδή για να διορθώθει κάτι συνήθως χαλάει κάτι

άλλο), του χαλάει την ομαλή λειτουργία στις χαμηλές στροφές.



Εικόνα 1.5 Κινητήρας i-VTEC

Ιδανική περίπτωση θα ήταν αν η υπερκάλυψη του χρονισμού των

βαλβίδων (overlapping), δηλαδή το εύρος ανάμεσα στην περίοδο εισαγωγής και

εξαγωγής, δεν ήταν σταθερό και δεδομένο, αλλά μεταβαλλόταν ανάλογα με τις

στροφές του κινητήρα. Αυτό ακριβώς είναι που καλούνται να επιτύχουν τα

συστήματα VVT, ενεργώντας είτε αποκλειστικά στις βαλβίδες εισαγωγής είτε και

σε αυτές της εξαγωγής. Στην ουσία, η μεταβολή του χρονισμού των βαλβίδων

επιτυγχάνεται αλλάζοντας με κάποιο μηχανισμό τη φάση (γωνία) των

εκκεντροφόρων. Για παράδειγμα, σε υψηλές στροφές, ο εκκεντροφόρος

εισόδου θα περιστραφεί εκ των προτέρων κατά 30°, έτσι ώστε να δώσει τη

δυνατότητα πρόωρης εισαγωγής καυσίμου στους κυλίνδρους, και το

αντίστροφο θα συμβεί στις χαμηλές στροφές.

H κίνηση του εκκεντροφόρου ελέγχεται από το ηλεκτρονικό σύστημα

ελέγχου του κινητήρα και ενεργοποιείται συνήθως μέσω υδραυλικού

κυκλώματος. Αξίζει να σημειωθεί πως, σε αυτό το συγκεκριμένο σύστημα, η

αλλαγή της γωνίας του εκκεντροφόρου απλώς επιτρέπει το πρόωρο ή

καθυστερημένο άνοιγμά τους, δεν μεταβάλλει όμως τη διάρκεια, κατά την οποία

οι βαλβίδες είναι ανοιχτές. Επίσης, τα απλά συστήματα VVT δεν έχουν

επίδραση στη βύθιση των βαλβίδων, κάτι που είναι βέβαια δυνατόν με πιο

σύνθετα συστήματα με επιπλέον μηχανισμούς (και αντίστοιχο κόστος

κατασκευής).



Στην πιο απλή μορφή τους, τα συστήματα μεταβλητού χρονισμού έχουν

μόνο δύο ή τρεις σταθερές προεπιλεγμένες γωνίες λειτουργίας. Tα πιο

εξελιγμένα, όμως, έχουν τη δυνατότητα συνεχούς μεταβολής της γωνίας του

εκκεντροφόρου, μεταξύ των 0° και της μέγιστης προβλεπόμενης τιμής, σε

αναλογία με το ρυθμό περιστροφής, αλλά και τις συνθήκες λειτουργίας του

κινητήρα. Όπως είναι προφανές, αυτό παρέχει πιο ακριβή χρονισμό των

βαλβίδων σε όλο το εύρος στροφών και συντελεί στην ομοιόμορφη και

γραμμική λειτουργία του κινητήρα.

1.2.2 Νέα δεδομένα στο μεταβλητό χρονισμό VVT-i της Toyota

Ο «έξυπνος» μεταβλητός χρονισμός βαλβίδων της Toyota ή κοινώς

VVT-i (εικόνα 1.6) χρησιμοποιείται σχεδόν σ΄ όλα τα μοντέλα της εταιρείας, από

το μικροσκοπικό Yaris μέχρι τo Supra. H λέξη «έξυπνος» δίνει έμφαση στο

εξελιγμένο πρόγραμμα διαχείρισης, που μεταβάλλει το χρονισμό των βαλβίδων

ανάλογα με τις στροφές λειτουργίας του κινητήρα, συνυπολογίζοντας και άλλες

παραμέτρους, όπως την επιτάχυνση ή την κλίση του οδοστρώματος. Όπως

μπορούμε να δούμε στην (εικόνα 1.6), οι αισθητήρες καταγράφουν τις στροφές

του κινητήρα και τη θέση του γκαζιού.

Εικόνα 1.6 Κινητήρας VVT-i Tα δεδομένα έρχονται στην κεντρική μονάδα ελέγχου (ECU) η οποία, με

βάση την απαιτούμενη στιγμιαία απόδοση, καθορίζει το βέλτιστο χρονισμό των

βαλβίδων και περιστρέφει υδραυλικά τον εκκεντροφόρο εισαγωγής για

προπορεία ή καθυστέρηση του ανοίγματος των βαλβίδων. H υδραυλική πίεση



που χρησιμοποιείται καθορίζεται από τη βαλβίδα ελέγχου λαδιού (OCV) που

ελέγχεται από την κεντρική μονάδα ελέγχου του κινητήρα.

Στο διάγραμμα 1.7 παρατηρούμε καμπύλες που περιγράφουν τη σχέση

στροφών κινητηρα - θέσης γκαζιου, όπως παρακάτω:

Σε πολύ χαμηλές στροφές (όταν, για παράδειγμα, ο κινητήρας δουλεύει

στο ρελαντί) η πεταλούδα του γκαζιού είναι κλειστή λειτουργώντας σαν

περιοριστής και δημιουργώντας υποπίεση στους αυλούς εισαγωγής. Σ’ αυτήν

την κλίμακα στροφών (κάτω από τις 1.000 σ.α.λ.), το πρόωρο άνοιγμα των

βαλβίδων δεν είναι επιθυμητό γιατί, λόγω της υποπίεσης, μέρος των

καυσαερίων βγαίνει από τις βαλβίδες εισαγωγής και αναμιγνύεται με το μίγμα

καυσίμου-αέρα. Αυτό επηρεάζει την καύση κι έχει σαν αποτέλεσμα την

αστάθεια του αριθμού στροφών, στις οποίες λειτουργεί ο κινητήρας στο ρελαντί.

Σε αυτές τις στροφές, λοιπόν, το VVT-i καθυστερεί το άνοιγμα των βαλβίδων

εισαγωγής.

Εικόνα 1.7 Διάγραμμα στροφών κινητήρα-θέσης γκαζιού.

Στη μεσαία κλίμακα στροφών, το φορτίο του κινητήρα δεν είναι μεγάλο

και οι απαιτήσεις εστιάζονται, κυρίως, στην οικονομία καυσίμου και τα καθαρά

καυσαέρια. Σ’ αυτήν την περίπτωση, το VVT-i δίνει μια προπορεία

στο χρονισμό των βαλβίδων, προκαλώντας ανακύκλωση των καυσαερίων



(Εxhaust Gas Recirculation), που αποτελεί μια συχνά εφαρμοζόμενη τεχνική για

καλύτερη καύση στον κινητήρα και καθαρότερα καυσαέρια.

Tο όφελος προκύπτει από το γεγονός πως μέρος του άκαυστου καυσίμου που

περιέχουν τα καυσαέρια ανακυκλώνεται, μειώνοντας το ποσοστό

υδρογονανθράκων που φτάνει εντέλει στο περιβάλλον. Επιπλέον, η μίξη

ανενεργών αερίων στο μείγμα καυσίμου-αέρα έχει σαν αποτέλεσμα τη

χαμηλότερη θερμοκρασία καύσης και, επομένως, τη μείωση των οξειδίων του

αζώτου στα καυσαέρια.

Όταν το φορτίο του κινητήρα είναι μεγάλο, όπως κατά τη διάρκεια

πλήρους επιτάχυνσης ή ανάβασης σε δρόμο με μεγάλη κλίση, το

ζητούμενο από τον κινητήρα είναι όσο το δυνατό μεγαλύτερη ποσότητα ισχύος

και ροπής. Επομένως, είναι αναγκαίο ν’ αποφευχθούν οι απώλειες στην

ποσότητα μίγματος καυσίμου-αέρα που θα εισαχθεί στον κύλινδρο. Έτσι, το

VVT-i κανονίζει το πρόωρο άνοιγμα και, επομένως, το πρόωρο κλείσιμο των

βαλβίδων εισαγωγής, πριν το έμβολο αρχίσει την άνοδο κατά τη φάση της

συμπίεσης.

Επιπλέον, σ’ αυτές τις συνθήκες λειτουργίας, η υποπίεση στους αυλούς

εισαγωγής είναι πολύ μικρή και δεν υπάρχει μίξη του καυσίμου με τα

καυσαέρια. Επομένως, ο κύλινδρος γεμίζει με καθαρό μίγμα καυσίμου-αέρα

που είναι απαραίτητο για τέλεια καύση.

Ωστόσο, το VVT-i, όντας ένα απλό στην κατασκευή και λειτουργία του

σύστημα, λογικά παρουσιάζει και κάποια μειονεκτήματα. Για παράδειγμα, όπως

αναφέραμε και προηγουμένως, η υπερκάλυψη του χρονισμού των βαλβίδων

στις μεσαίες στροφές έχει θετικές επιδράσεις στην κατανάλωση και την έκλυση

καθαρότερων καυσαερίων. Όμως, το φτωχότερο μείγμα με το οποίο λειτουργεί ο

κινητήρας προκαλεί απώλειες ισχύος. Για το λόγο αυτόν, όλοι οι κινητήρες που

είναι εφοδιασμένοι με το VVT-i έχουν αυλούς εξαγωγής μεταβλητού μήκους, οι

οποίοι, δημιουργώντας φαινόμενο αναρρόφησης, διευκολύνουν την έξοδο των

καυσαερίων και αποτρέπουν την ανάμιξή τους με το καύσιμο.

1.2.3 Δοκιμή του VVT-i

Πολλές φορές, η έρευνα σε θεωρητικό επίπεδο μπορεί να οδηγεί σε

ιδιαίτερα θετικά αποτελέσματα, που όμως δεν επιβεβαιώνονται στην πράξη.



Mπορεί, για παράδειγμα, η λειτουργία κάποιας διάταξης ή μηχανισμού να

προσφέρει καλύτερες τιμές απόδοσης, που όμως δεν συνοδεύονται από

αντίστοιχη βελτίωση των χαρακτηριστικών λειτουργίας του. Τι νόημα έχει η

επίτευξη μεγαλύτερης τιμής ροπής, εάν αυτή αποδίδεται σε πολύ υψηλές

στροφές και σε πολύ μικρό φάσμα στροφών; Προκειμένου να επαληθεύτει η

αποτελεσματικότητα του VVT-i και στην πράξη, ήρθε η CELICA αντιμέτωπη με

το δυναμόμετρο. Tα αποτελέσματα, όπως μπορείτε να διαπιστώσετε και από

την εικόνα 1.8, αποδεικνύουν πως το VVT-i συνεισφέρει ουσιαστικά στη

βελτίωση των χαρακτηριστικών λειτουργίας του κινητήρα.

Εικόνα 1.8 Διάγραμμα ισχύος Στο διάγραμμα ισχύος, μπορούμε να διακρίνουμε τη γραμμική αύξηση

της ισχύος από τις χαμηλές στροφές μέχρι και τις 6.100 σ.α.λ., όπου και

αποδίδεται η μέγιστη τιμή της ιπποδύναμης, η οποία παραμένει σχεδόν

αμετάβλητη μέχρι το όριο περιστροφής στις 6.800 σ.α.λ. Αξίζει να σημειώσουμε

πως η ισχύς που φτάνει στους τροχούς αγγίζει τους 130,7 ίππους και,

συνυπολογίζοντας τις απώλειες των 10,4 ίππων από το σύστημα μετάδοσης,

βλέπουμε πως η απόδοση του κινητήρα στο στρόφαλο φτάνει τους 141,1

ίππους, επαληθεύοντας την τιμή των 144 ίππων της Tογιότα.



Oι αριθμοί επαληθεύονται και στο διάγραμμα ροπής που φτάνει τη

μέγιστη τιμή των 16,1 χιλιογραμμόμετρων στις 4.200 σ.α.λ. Το σημαντικότερο,

όμως, είναι πως η καμπύλη της ροπής είναι σχεδόν επίπεδη και κοντά στη

μέγιστη τιμή από τις 2.500-6.000 σ.α.λ. Στην πράξη, το δεδομένο είναι πως ο

οδηγός έχει στη διάθεσή του έναν κινητήρα με ομοιόμορφη και χωρίς

ξεσπάσματα απόκριση σ’ όλο το φάσμα στροφών, ακόμα και κοντά στο όριο

περιστροφής του.

1.2.4 Ρύθμιση βύθισης και διάρκειας ανοίγματος των βαλβίδων

στον μεταβλητό χρονισμό VVTL-I της Toyota

H εξέλιξη του VVT-i. Το VVTL-I (εικόνα 1.9) θεωρείται ένα από τα πιο

εξελιγμένα συστήματα μεταβλητού χρονισμού που υπάρχουν σήμερα.

Εικόνα 1.9 Κινητήρας VVTL-i

H λειτουργία του περιλαμβάνει συνεχόμενο μεταβλητό χρονισμό,

μεταβλητή βύθιση σε δύο στάδια, μαζί με μεταβλητή διάρκεια βύθισης των

βαλβίδων, ενώ επιπλέον είναι τοποθετημένο στους εκκεντροφόρους εισαγωγής

κι εξαγωγής. Θα μπορούσε να θεωρηθεί συνδυασμός του υπάρχοντος VVT-i

και του VTEC της Xόντα, παρ’ ότι ο μηχανισμός για τη βύθιση των βαλβίδων

διαφέρει απ’ αυτόν της HONDA. Όπως και στο VVT-i, ο χρονισμός

επιτυγχάνεται αλλάζοντας τη γωνία του εκκεντροφόρου μέσω υδραυλικού

μηχανισμού. Το σημαντικότερο είναι όμως το ευρύ φάσμα μεταβολής της

φάσης του εκκεντροφόρου, που φτάνει τις 60° και το καθιστά ένα από τα πιο

αποτελεσματικά συστήματα. Αυτό που κάνει τη διαφορά μεταξύ του VVTL-i και

του VVT-i είναι το γράμμα L (Lift) για τη μεταβλητή βύθιση των βαλβίδων. Όπως



και το VTEC της HONDA, το σύστημα της Τογιότα χρησιμοποιεί ένα μονό

ζύγωθρο, για την κίνηση και των δύο βαλβίδων εισαγωγής (ή εξαγωγής).

Eπίσης, ο εκκεντροφόρος σε κάθε θέση έχει δύο έκκεντρα με

διαφορετική διατομή: ένα με μεγάλη διατομή για μεγαλύτερη διάρκεια και

βύθιση βαλβίδων, που ενεργεί στις υψηλές στροφές και ένα με μικρή διατομή

για τις χαμηλές στροφές. Στις χαμηλές στροφές, το «αργό» έκκεντρο θέτει σε

κίνηση το ζύγωθρο, ενώ το μεγάλο έκκεντρο δεν έχει καμία επίδραση, καθώς

υπάρχει κενό κάτω από το έμβολο στο οποίο ενεργεί. Όταν, όμως, οι στροφές

του κινητήρα ξεπεράσουν ένα συγκεκριμένο όριο, ένας πίρος μετακινείται με

υδραυλική πίεση και καλύπτει το κενό, ενεργοποιώντας το «γρήγορο» έκκεντρο

που αυξάνει τη βύθιση, ενώ η μεγαλύτερη επιφάνεια του εμβόλου που ενεργεί

αυξάνει τη διάρκεια.

1.3 Βοηθητικά συστήματα Μεταβλητού Χρονισμού

1.3.1 Σύστημα Μεταβολής Valvelift

Ένα από τα σημαντικότερα "κριτήρια" για την ποιότητα του RnD ενός

κινητήρα είναι ο σχεδιασμός της κυλινδροκεφαλής του και μάλιστα των αυλών

εισαγωγής / εξαγωγής και του valvetrain. Ειδικά η επιλογή του κατάλληλου

προφίλ στα έκκεντρα εισαγωγής κι εξαγωγής, ώστε να ικανοποιούνται οι εκ

διαμέτρου αντίθετες απαιτήσεις κατά τη λειτουργία του κινητήρα στις χαμηλές

και τις υψηλές στροφές μοιάζει με πραγματικό Γόρδιο Δεσμό, τον οποίο

καλούνται να λύσουν οι σχεδιαστές. Οι πρώτοι που επιχείρησαν να λύσουν

αυτό το πρόβλημα ήταν οι Ιάπωνες της Honda με το (πασίγνωστο πλέον)

VTEC.

Το VTEC μέσω ενός μηχανισμού με διαιρούμενα ωστήρια επιτρέπει στον

κινητήρα να χρησιμοποιεί έκκεντρα διαφορετικού προφίλ για τις χαμηλές/

μεσαίες και τις υψηλές στροφές. Έτσι, στις χαμηλές στροφές και τα μικρά

φορτία έχουμε μικρό lift και διάρκεια ανοίγματος των βαλβίδων, επιλογή που

επιταχύνει τον αέρα εισαγωγής (διευκολύνοντας έτσι την ανάμιξη με τα

σταγονίδια του καυσίμου) και μειώνει το overlap ανάμεσα στην εισαγωγή και

την εξαγωγή, ελαττώνοντας τη "μόλυνση" του καύσιμου μίγματος από τα

καυσαέρια του προηγούμενου κύκλου.



Αντίθετα, στις υψηλές στροφές έχουμε μεγάλο lift των βαλβίδων (άρα

μειωμένες αντιστάσεις στη ροή των αερίων εισαγωγής και εξαγωγής και

αντίστοιχη μείωση των ροϊκών απωλειών) και μεγάλο overlap ανάμεσα στην

εισαγωγή και την εξαγωγή. Στις υψηλές στροφές το μεγάλο overlap μας βοηθά

να εκμεταλλευτούμε την ορμή των αερίων εξαγωγής προκειμένου να

δημιουργήσουμε υποπίεση στο θάλαμο καύσης η οποία θα βοηθήσει στην

εισαγωγή του καύσιμου μίγματος του επόμενου κύκλου.

Εικόνα 1.10 Σύστημα λειτουργίας Valvelift

Εκτός από το VTEC της Honda, άλλα αξιοσημείωτα παραδείγματα

συστημάτων μεταβολής του lift και της διάρκειας ανοίγματος των βαλβίδων είναι

το MIVEC της Mitsubishi (στην original έκδοσή του τουλάχιστον), το VVEL της

Nissan και το VVTL-i της Toyota. Μέχρι πρότινος, οι ευρωπαίοι κατασκευαστές

έδειχναν να σνομπάρουν παρόμοιες τεχνολογίες, αλλά οι ολοένα και

αυστηρότερες απαιτήσεις σε ό,τι αφορά την κατανάλωση και τις εκπομπές

καυσαερίων ανάγκασε αρκετούς να το ξανασκεφτούν.

Η Audi έκοψε πρώτη το νήμα, παρουσιάζοντας το πρώτο "αμιγώς"

ευρωπαϊκό σύστημα μεταβολής του lift και της διάρκειας ανοίγματος των

βαλβίδων σε κινητήρα παραγωγής με την ονομασία Audi Valvelift System

(AVS). Το σύστημα ντεμπουτάρισε στον κινητήρα του concept car Roadjet το

2006 ενώ πρώτος κινητήρας παραγωγής που το χρησιμοποίησε ήταν ο

εξακύλινδρος V6 FSI των 2,8lt με απόδοση 210Ps και ροπή 28,5kgm. Σύντομα

ακολούθησε και ο μεγαλύτερος αδελφός του των 3,2lt ο οποίος αποδίδει 265Ps



και ροπή 33,6kgm. Φέτος, ο γνωστός δίλιτρος TFSI του Q5 έγινε ο πρώτος

υπερτροφοδοτούμενος κινητήρας που φόρεσε το Valvelift, ενώ το ίδιο μοτέρ

αναμένεται να τοποθετηθεί και στο Α5. Αξίζει ν' αναφέρουμε ότι, ενώ στους δυο

ατμοσφαιρικούς V6 το valvelift χρησιμοποιείται στις βαλβίδες εισαγωγής, στον

τετρακύλινδρο TFSI χρησιμοποιείται στις βαλβίδες εξαγωγής.

Ας δούμε όμως λίγο αναλυτικότερα τη λειτουργία του AVS (εικόνα 1.11)

βασίζεται σε ειδικά σχεδιασμένα χιτώνια τα οποία έχουν ενσωματωμένα το

"ήρεμο" (μικρή διάρκεια, μικρό lift) και το "άγριο" (μεγάλη διάρκεια, μεγάλο lift)

έκκεντρο και είναι περασμένα στους εκκεντροφόρους. Υπάρχει ένα χιτώνιο για

τις βαλβίδες κάθε κυλίνδρου και το κάθενα από αυτά έχει πάνω του από ένα

άγριο και ένα ήρεμο έκκεντρο για κάθε βαλβίδα. Τα χιτώνια αυτά μπορούν να

μετακινηθούν κατά μήκος του εκκεντροφόρου κατά 7mm και ένα ακόμη

χαρακτηριστικό τους είναι ότι έχουν σπειροειδείς αυλακώσεις αντίθετης φοράς

στα δυο τους άκρα.

Εικόνα 1.11 Σύστημα της Audi Valvelift

Το σύστημα λειτουργεί ως εξής:

Στις χαμηλές στροφές και τα μικρά φορτία τα χιτώνια βρίσκονται σε

τέτοια θέση, ώστε στα ωστήρια των βαλβίδων να επενεργούν τα ήρεμα

έκκεντρα και να επιβάλλουν το δικό τους προφίλ κίνησης στις βαλβίδες. Εδώ

πρέπει να σημειώσουμε ότι το lift του ήρεμου έκκεντρου της μια βαλβίδας

εισαγωγής του κυλίνδρου διαφέρει απ’αυτό της άλλης, καθώς μ’αυτό τον τρόπο

επιτυγχάνεται καλύτερος στροβιλισμός του αέρα και βελτιώνεται η ανάμιξή του

http://www.powermag.gr/assets/galleries/i/81/zoom/tech_2.jpg



με τα σταγονίδια του καυσίμου. Για παράδειγμα, όταν ο V6 FSI των 2,8lt

δουλεύει με τα ήρεμα έκκεντρα, η μια βαλβίδα εισαγωγής κάθε κυλίνδρου έχει

lift 2mm, ενώ η άλλη 5,7mm. Όταν οι στροφές και το φορτίο του κινητήρα

ανέβουν, η ECU δίνει εντολή εμπλοκής των άγριων έκκεντρων. Μέσα σε

100ms, ηλεκτρομαγνητικοί επενεργητές κατεβάζουν ατσάλινες ακίδες μέσα στις

αυλακώσεις της μιας πλευράς των χιτωνίων.

Οι ακίδες ακολουθούν το προφίλ της αυλάκωσης κι έτσι ολόκληρο το

χιτώνιο μετατοπίζεται κατά 7mm ως προς τον εκκεντροφόρο. Μ’αυτόν τον

τρόπο τ’ άγρια έκκεντρα (με κοινό lift 11mm για όλες τις βαλβίδες) βρίσκονται

πάνω από τα ωστήρια των βαλβίδων εισαγωγής και πλέον "επιβάλλουν" το

δικό τους προφίλ στην κίνηση των βαλβίδων. Μόλις η εναλλαγή ολοκληρωθεί,

οι ακίδες επιστρέφουν στις αρχικές τους θέσεις μέσω ελατηρίων. Όταν η ECU

κρίνει ότι έχει έλθει η στιγμή να "γυρίσει" στα ήρεμα έκκεντρα δίνει αντίστοιχη

εντολή και άλλοι επενεργητές κατεβάζουν ατσάλινες ακίδες μέσα στις

σπειροειδείς αυλακώσεις της αντίθετης πλευράς των χιτωνίων, επαναφέροντας

έτσι τα ήρεμα έκκεντρα στην αρχική τους θέση.

Αναλόγως με τις στροφές του κινητήρα, τη γωνία προπορείας της

ανάφλεξης και το άνοιγμα της πεταλούδας του γκαζιού η εναλλαγή ήρεμων/

άγριων έκκεντρων μπορεί να γίνει στο φάσμα 700-4.000rpm, ενώ για την

ολοκλήρωση της διαδικασίας απαιτούνται δυο περιστροφές του

στροφαλοφόρου. Η εναλλαγή έκκεντρων συνοδεύεται από στιγμιαία μείωση του

αβανς και κλείσιμο της πεταλούδας γκαζιού, ώστε η μετάβαση από τη μια

λειτουργία στην άλλη να μη συνοδεύεται από εξάρσεις ισχύος. Προφανώς, η

Audi δεν θέλει τα μοτέρ της να μοιάζουν με τα VTEC.

Ένα επιπλέον ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του Valvelift είναι ότι επιτρέπει

στις χαμηλές στροφών η ρύθμιση του φορτίου να γίνεται αποκλειστικά με τη

ρύθμιση του lift των βαλβίδων και την αυξομείωση της ποσότητας του καυσίμου

κρατώντας την πεταλούδα του γκαζιού πλήρως ανοικτή. Μ’αυτόν τον τρόπο

μειώνονται ακόμη περισσότερο οι ροϊκές απώλειες στην εισαγωγή, ευνοώντας

τόσο τις επιδόσεις όσο και την οικονομία.



Ένα από τα πλεονεκτήματα του AVS είναι η απλότητα του μηχανισμού

του, καθώς δεν χρησιμοποιεί διαιρούμενα ωστήρια ή άλλες πολύπλοκες

διατάξεις. Σύμφωνα με την Audi, αυτό βοηθά στην ευστροφία του μοτέρ και

αποτελεί συγκριτικό πλεονέκτημα απέναντι στον ανταγωνισμό. Βέβαια, αν

σκεφτεί κάποιος ότι οι εν λόγω κινητήρες της Audi έχουν κόφτη στις 7.200rpm

και την ίδια στιγμή ένας F20C με το (θεωρητικά βαρύτερο και υποδεέστερο)

VTEC γυρίζει στις 9.000rpm χωρίς κανένα πρόβλημα, τότε καταλαβαίνει ότι

μάλλον η συγκεκριμένη δήλωση είναι αρκετά πομπώδης, ως και άστοχη.

Αναμφίβολα, ο κύριος μοχλός που ώθησε στην ανάπτυξη του AVS ήταν

η μείωση των εκπομπών καυσαερίων και η οικονομία. Σύμφωνα με την Audi, το

AVS από μόνο του μπορεί να επιτύχει μείωση της κατανάλωσης κατά 5-7% σε

σύγκριση μ’ ένα πανομοιότυπο κινητήρα που δεν το χρησιμοποιεί. Έτσι, το Audi

A8 2.8FSI έχει μέση κατανάλωση μόλις 8,3lt/100km και εκπέμπει 199g CO2/km.

Αξίζει όμως να δούμε πώς επιδρά το AVS (εικόνα 1.12) στην απόδοση

του ίδιου κινητήρα, συγκρίνοντας το δίλιτρο TFSI με AVS του Q5 με το

αντίστοιχο "συμβατικό" μοτέρ που φορούν τα υπόλοιπα Audi. Ο κινητήρας του

Q5 αποδίδει 211Ps/4.300-6.000rpm και ροπή 35,7kgm/1.500-4.200rpm, ενώ ο

ίδιος κινητήρας χωρίς το AVS αποδίδει 200Ps/5.100-6.000rpm και

28,5kgm/1.800-5.000rpm. Παρατηρούμε ότι, ενώ η διαφορά στη μέγιστη

ιπποδύναμη είναι μικρή (της τάξης του 5%), η διαφορά στη μέγιστη ροπή είναι

σημαντικότατη, καθώς ξεπερνά τα 7kgm (~25,2%), υπέρ του μοτέρ με το AVS,

ενώ σ’ αυτήν την περίπτωση έχουμε και σημαντικά μεγαλύτερο εύρος στροφών,

στο οποίο οι τιμές της μέγιστης ισχύος και ροπής μένουν σταθερές.



Εικόνα 1.12 Κινητήρας της Audi με σύστημα valvelift.

Κατά πάσα πιθανότητα το δυναμικό του κινητήρα είναι ακόμη

μεγαλύτερο και απλά η μέγιστη ροπή έχει περιοριστεί ηλεκτρονικά στα

35,7kgm, καθώς εκεί βρίσκεται το όριο αντοχής των κιβωτίων ταχυτήτων

(χειροκίνητων και DSG) με τα οποία συνδυάζεται. Αν μη τι άλλο, το παράδειγμα

αυτό δείχνει ανάγλυφα πόσο μπορούν να επωφεληθούν από βελτιώσεις στην

"αναπνοή" τους ακόμη και οι σύγχρονοι υπερτροφοδοτούμενοι κινητήρες, για

τους οποίους γενικά υπάρχει η λανθασμένη αντίληψη ότι "όλα γίνονται με την

πίεση".

Είναι ακόμη νωρίς για να πούμε με βεβαιότητα ποιες είναι οι δυνατότητες

ενός συστήματος όπως το AVS σε συνδυασμό με τεχνολογίες όπως η

υπερτροφοδότηση και ο άμεσος ψεκασμός. Το σίγουρο πάντως είναι πως

αποτελεί μια έξυπνη λύση στην πολυσύνθετη εξίσωση "Απόδοση - Οικονομία -

Εκπομπές Καυσαερίων". Ιδιαίτερη μνεία αξίζει επίσης στην ευφυή του

σύλληψη, με δεδομένο ότι οι μηχανικοί της Audi κατάφεραν να εξελίξουν ένα

σύστημα εξίσου αποτελεσματικό με αυτά του κυρίαρχου, στο συγκεκριμένο

τομέα, ιαπωνικού ανταγωνισμού, χωρίς να παραβιάσουν καμία από τις

αναρίθμητες πατέντες που έχουν ήδη κατοχυρωθεί πάνω στα συγκεκριμένα

συστήματα. Και μόνο γι' αυτό, πιστεύουμε ότι το AVS έχει κερδίσει ήδη μια θέση

στο πάνθεον της σύγχρονης αυτοκινητιστικής ιστορίας.

1.3.2 Οι εγκέφαλοι (ECU) των σύγχρονων αυτοκίνητων

http://www.powermag.gr/assets/galleries/i/81/zoom/tech_1.jpg



Αναμφισβήτητα, ένα από τα πιο αντιπροσωπευτικά δείγματα της

ραγδαίας τεχνολογικής εξέλιξης των τελευταίων δεκαετιών είναι και το

αυτοκίνητο. Ωστόσο, σε σχέση με τις ξεπερασμένες πλέον κατασκευές

περασμένων ετών η εφαρμογή της ηλεκτρονικής έχει αλλάξει ριζικά την

αρχιτεκτονική των σύγχρονων μοντέλων. Σχεδόν όλες οι λειτουργίες του

σύγχρονου αυτοκινήτου ελέγχονται πλέον από πλειάδα ηλεκτρονικών

συστημάτων, τα οποία έχουν εκτοπίσει αείμνηστα εξαρτήματα όπως π.χ. το

καρμπυρατέρ. Έτσι λοιπόν όλες οι λειτουργίες του αυτοκινήτου ελέγχονται από

ηλεκτρονικές μονάδες επεξεργασίας δεδομένων. Καμία όμως απ’ αυτές όμως

δεν είναι τόσο ζωτική όσο αυτή που διαχειρίζεται τη λειτουργία του κινητήρα.

Οι ηλεκτρονικές μονάδες οι οποίες διαχειρίζονται αποκλειστικά τον

κινητήρα ονομάζονται ECU ή ΕMS (εικόνα 1.13) και τα αρκτικόλεξα τους

βασίζονται στους πλήρης ορισμούς «Engine Control Unit» και «Engine

Management System». Ο ανθρώπινος εγκέφαλος θα ήταν πρακτικά άχρηστος

αν δεν υπήρχαν τα αισθητήρια όργανα του σώματος για να τον τροφοδοτούν

συνεχώς με διάφορα ερεθίσματα από το περιβάλλον. Κάπως έτσι λειτουργεί και

η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του κινητήρα η οποία κυριολεκτικά

βομβαρδίζεται συνεχώς με δεδομένα τα οποία καταφθάνουν από διάφορους

αισθητήρες στην μορφή ηλεκτρικής τάσης.

Εικόνα 1.13 Εγκέφαλος (ECU) αυτοκινήτου

Την κατάσταση του κινητήρα αντιλαμβάνονται περισσότεροι από

πενήντα σένσορες, οι οποίοι ενημερώνουν τον εγκέφαλο με διάφορες βασικές



παραμέτρους όπως η περιστροφική ταχύτητα του μοτέρ -συγκεκριμένα του

στροφαλοφόρου άξονα- και το φορτίο. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλα αισθητήρια

όργανα τα οποία «διαβάζουν» τη θέση της «πεταλούδας», την παροχή και τη

θερμοκρασία του αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής (ώστε να υπολογισθεί η

πυκνότητα του), τη θερμοκρασία του σώματος του κινητήρα, την περιεκτικότητα

του αέρα σε οξυγόνο και την τάση της μπαταρίας.

Η ανάγκη για μειωμένη κατανάλωση καυσίμου και η αυστηρή νομοθεσία

περί των εκπομπών ρύπων επέβαλλε κατά κάποιο τρόπο την εφαρμογή της

ηλεκτρονικής, η οποία χαρακτηρίζεται από δύο βασικά στοιχεία: ακρίβεια και

ταχύτητα. Η συλλογή όλων αυτών των πληροφοριών η ECU της χρειάζεται

προκειμένου να ρυθμίσει με απόλυτη ακρίβεια τη λειτουργία των συστημάτων

ψεκασμού και ανάφλεξης. Όταν η ECU δίνει εντολή στο σύστημα ψεκασμού,

στην πράξη ορίζει τη στιγμή που θα ενεργοποιηθεί η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα

του εγχυτήρα (μπεκ) και τη διάρκεια που θα μείνει ανοιχτή ρυθμίζοντας έτσι την

ποσότητα του μίγματος στον θάλαμο καύσης.

Όσον αφορά στο σύστημα ανάφλεξης η ECU ρυθμίζει την στιγμή της

ανάφλεξης του σπινθηριστή (μπουζί) καθώς και την προπορεία ανάφλεξης

(αβάνς). Για να κατανοήσουμε καλύτερα όλα τα παραπάνω, ας πάρουμε ένα

παράδειγμα. Σ’ έναν τετρακύλινδρο τετράχρονο κινητήρα, σε κάθε πλήρη

περιστροφή του στροφαλοφόρου του άξονα εκτελούνται δύο ψεκασμοί με

ακρίβεια χιλιοστών του δευτερολέπτου. Για παράδειγμα, στο αυτοκίνητό μας τη

στιγμή που ο δείκτης του στροφόμετρου βρίσκεται στις 6.000 σ.α.λ., τότε στους

κυλίνδρους του κινητήρα πραγματοποιούνται 12.000 ψεκασμοί το λεπτό,

δηλαδή 200 το δευτερόλεπτο.

Παράλληλα, η ECU λαμβάνει υπόψη της και τις πληροφορίες που δίνει ο

καταλύτης ρυθμίζοντας έτσι τη στοιχειομετρική του αναλογία (αέρας-καύσιμο)

ανάλογα, ώστε οι εκπομπές ρύπων να μην ξεπερνούν τις προδιαγραφές που

ολοένα και γίνονται αυστηρότερες. Στα ξεπερασμένα συστήματα με

καρμπυρατέρ που δεν υπήρχε ηλεκτρονικός εγκέφαλος για να διεκπεραιωθεί

ομαλά η καύση του μίγματος δίνονταν μεγάλη προπορεία ανάφλεξης, ενώ το



αναλογία του μίγματος ήταν πλουσιότερη από ό,τι θα έπρεπε, επιβαρύνοντας

τον τομέα της κατανάλωσης αλλά και τη μόλυνση του περιβάλλοντος.

Επιπλέον, η ECU επικοινωνεί και με τις υπόλοιπες μονάδες όπως για

παράδειγμα αυτή του traction control που στην ουσία είναι παρόμοια μ’ αυτήν

του ESP και χρησιμοποιούν τους αισθητήρες του ABS. Όταν το σύστημα

αντιληφθεί σπινάρισμα των κινητήριων τροχών, τότε η εν λόγω κατάσταση

μεταφέρεται στην ECU κι αυτή ανάλογα επεμβαίνει στην ισχύ του κινητήρα

μειώνοντας τη ροπή του. Ένας άλλος αισθητήρας ελέγχει την κατάσταση της

μπαταρίας. Αν αυτή είναι μειωμένη, ενημερώνει την ECU και τότε αυτή ανεβάζει

τις στροφές λειτουργίας του κινητήρα προκειμένου το δυναμό να την φορτίσει.

Η αρχιτεκτονική της ΕCU

Το βασικό μέρος ενός εγκέφαλου (ECU) αποτελεί ένας κεντρικός

μικροεπεξεργαστής (CPU), ο οποίος στις περισσότερες περιπτώσεις είναι

τεχνολογίας 32-bit και «τρέχει» στα 20ΜΗz. Τα ηλεκτρικά σήματα από τους

αισθητήρες μετατρέπονται στην είσοδο τους σε ψηφιακά, ώστε η CPU να έχει

τη δυνατότητα να τα επεξεργασθεί. Αφού τελικά ο εγκέφαλος επεξεργασθεί τα

δεδομένα η τελική του εντολή μετατρέπεται κατά την έξοδο από ψηφιακή και

πάλι σε αναλογική μορφή -δηλ. σε σήματα τάσης- ώστε να ενεργοποιηθούν για

παράδειγμα οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες του συστήματος ψεκασμού. Οι

αριθμητικοί υπολογισμοί εκτελούνται σε συνδυασμό με πολύπλοκα αλγοριθμικά

προγράμματα, τα οποία υπάρχουν στη μνήμη. Η τελευταία αποτελείται από

τρία βασικά στοιχεία, τις μνήμες RAM, ROM και PROM. Η RAM αποθηκεύει

προσωρινά τα δεδομένα εισόδου -από τους αισθητήρες- και εξόδου πριν

αρχίσει το πρόγραμμα ελέγχου. Στην ROM έχουν αποθηκευθεί μόνιμα

πληροφορίες ενώ η συγκεκριμένη μνήμη επικοινωνεί απευθείας με το

πρόγραμμα ελέγχου. Η μνήμη PROM περιέχει σε μορφή αλγοριθμικού

προγράμματος όλα τα κατασκευαστικά στοιχεία λειτουργίας του κινητήρα και

υπάρχει δυνατότητα επαναπρογραμματισμού. Επιπλέον υπάρχει και μία ακόμα

μνήμη η ΚΑΜ η οποία αποτελεί ουσιαστικά παραλλαγή της RAM και σε αυτή η

CPU μπορεί να διαβάσει και να αποθηκεύσει νέα δεδομένα λειτουργίας.



Τι γίνεται σε περίπτωση που κάποιος αισθητήρας εμφανίσει βλάβη;

Στο software του BIOS υπάρχει ένα βοηθητικό πρόγραμμα ανάγκης που

ανιχνεύει τη δυσλειτουργία κάποιου βασικού σένσορα και θέτει τον κινητήρα σε

λειτουργία «safe mode». Σε ασφαλείς συνθήκες λειτουργίας -τις περισσότερες

φορές μέχρι τις 3.500σ.α.λ.- το αυτοκίνητο μπορεί να φτάσει μέχρι το

πλησιέστερο συνεργείο. Αν η βλάβη δεν επιτρέπει την κατάσταση safe mode,

το αυτοκίνητο ακινητοποιείται και το κόστος αντικατάστασης του εγκεφάλου

ξεκινά από περίπου 1.000 ευρώ, ενώ σε πολυτελή μοντέλα συνήθως ξεπερνά

τα 3.000 ευρώ. Προσοχή λοιπόν στις πολυετείς εγγυήσεις των εταιριών που

παρέχουν για μηχανικά μέρη, γιατί όταν βρεθούμε σε ανάλογη δυσάρεστη

περίπτωση μπορεί να διαπιστώσουμε ότι η ECU δεν περιλαμβάνεται στην

εγγύηση. Οι περισσότερες αυτοκινητοβιομηχανίες προμηθεύονται εγκεφάλους

από την Bosch, τη Siemens, τη Magneti Marelli, την Denso και την Delphi.

Ο τρόπος σκέψης της ECU

Οι εντολές του εγκέφαλου διαμορφώνονται βάση περίπλοκου

αλγοριθμικού προγράμματος εξαιτίας των πολλών παραμέτρων δεδομένων. Το

software θα πρέπει ταυτόχρονα να ικανοποιήσει διάφορες απαιτήσεις όπως οι

εκπομπές ρύπων και η μειωμένη κατανάλωση, ενώ ταυτόχρονα θα πρέπει να

προστατεύει τον κινητήρα σε περίπτωση δυσλειτουργίας. Ο αλγόριθμός της

βασίζεται σε μια αλληλουχία ορίζουσων πινάκων, οι οποίοι καθορίζουν το

μήκος κύματος, το οποίο στην πραγματικότητα είναι τα δεδομένα τα οποία η

ECU επεξεργάζεται. Οι πίνακες αυτοί αντιστοιχούν σε διαφορετικές

παραμέτρους οι οποίες αντιστοιχούν σε τιμές. Ας επιχειρήσουμε να

αναλύσουμε στην απλούστερη μορφή του ένα υποθετικό πίνακα, ο οποίος

βρίσκεται στο σύστημα ψεκασμού, λαμβάνοντας υπόψη τρεις από τους δεκάδες

παραμέτρους που μπορούν να επηρεάσουν την όλη κατάσταση. Ας

υποθέσουμε ότι βάση του πίνακα 1 ο κινητήρας μας λειτουργεί στις 2.000σ.α.λ.

με φορτίο σε επίπεδο 4. Αν διασταυρώσουμε αυτά τα νούμερα τότε

διαπιστώνουμε ότι οι τιμές αυτές αντιστοιχούν σε 8 milliseconds το οποίο είναι

το θεωρητικό μήκος κύματος.



Εικόνα 1.14 Ηλεκτρονική πλακέτα

1.4 Μέρη του συστήματος μεταβλητού χρονισμού

1.4.1 Υδραυλικά ωστήρια

Tα υδραυλικά ωστήρια (εικόνα 1.15) αντισταθμίζουν αυτόματα τις

''ανοχές της βαλβίδας'' κατά τη διάρκεια λειτουργίας του κινητήρα με το

πλεονέκτημα της μείωσης:

• Των επεμβάσεων συντήρησης.

• Του θορύβου του κινητήρα.

Εικόνα 1.15 Υδραυλικά Ωστήρια

1.4.2 Γενικά χαρακτηριστικά των υδραυλικών

ωστηρίων:

Η βαλβίδα δέχεται άµεσα κίνηση.

Πολύ μεγάλη ακαµψία του συστήµατος µετάδοσης κίνησης των



βαλβίδων.

Το διάκενο της βαλβίδας εξισορροπείται αυτόµατα.

Χωρίς συντήρηση για όλη τη διάρκεια ζωής τους.

Σύστηµα µετάδοσης κίνησης των βαλβίδων σχεδόν αθόρυβο.

Αµετάβλητη χαµηλή εκποµπή καυσαερίων καθ' όλη τη διάρκεια ζωής

τους.

1.4.3 Ωστήριο µε προστασία υπερχείλισης

Κατά την φάση µη λειτουργίας του κινητήρα δεν µπορεί

να διαρρεύσει λάδι από τον εξωτερικό χώρο αποθεµάτων.

Βελτιωμένη συμπεριφορά κατά της πολ/απλής εκκίνησης.

1.4.4 Ωστήριο µε κάτω αναρρόφηση

Ο αποθεµατικός όγκος λαδιού µπορεί να χρησιµοποιηθεί

καλύτερα.

Βελτιωµένη συµπεριφορά κατά την πολλαπλή εκκίνηση.

1.4.5 Ωστήριο µε λαβύρινθο

Συνδυασµός προστασίας υπερχείλισης και κάτω αναρρόφησης

Αρκετά πιο βελτιωµένη συµπεριφορά κατά την πολλαπλή εκκίνηση

1.4.6 Ωστήριο 3CF (3CF = cylindrical cam contact

face)

Με κυλινδρική επιφάνεια επαφής έκκεντρου

Ασφάλεια περιστροφής

Απλή παροχή λαδιού

Επιτάχυνση ανοίγµατος και κλεισίµατος

80% µικρότερη διέλευση λαδιού µέσω οδηγού του ωστηρίου

Χαµηλή πίεση στην επιφάνεια στην επαφή έκκεντρου



Πιο αποδοτικά χαρακτηριστικά ανύψωσης της βαλβίδας µε µικρότερη

διάµετρο ωστηρίου.

Πολύ µικρό σώµα ωστηρίου

Πολύ µεγάλη ακαµψία

Μειωµένη τριβή

Εικόνα 1.16 Υδραυλικό ωστήριο 1) Έμβολο με τρύπα

2) Κύλινδρος

3) Επάνω θάλαμος του λαδιού

4) Κάτω θάλαμος του λαδιού

5) Ελατήριο εμβόλου

6) Μονόδρομη βαλβίδα

7) Κανάλι λαδιού

Λειτουργιά στην ανοικτή φάση

Όταν ο εκκεντροφόρος δρα πάνω στο ωστήριο (1) επομένως και πάνω

στο μικρόέμβολο (2), το λάδι που παγιδεύεται μέσα στον θάλαμο (6), σαν

αποτέλεσμα του κλεισίματος της μπίλιας της βαλβίδας (4), μεταφέρει την κίνηση

του μικροεμβόλου (2) απευθείας στο στέλεχος (3) και στην συνέχεια στην

βαλβίδα. Σ’αυτήν τη φάση, που ορίζεται από την υψηλή πίεση την οποία



υφίσταται, ένα τμήμα του λαδιού που βρίσκεται στον θάλαμο (6), διαπερνά

μέσω του ελάχιστου διάκενου που υπάρχει μεταξύ του εμβόλου (2) και του

σωλήνα (3).

Εικόνα 1.17 Υδραυλικό ωστήριο στην ανοιχτή φάση

Λειτουργία στην κλειστή φάση

Στη φάση του κλεισίματος της βαλβίδας, και του ωστηρίου, που

πραγματοποιείται από τη δράση του ελατηρίου (5) που ακολουθεί τον

εκκεντροφόρο, δημιουργείται μια υποπίεση στο εσωτερικό του θαλάμου (6) που

προκαλεί το άνοιγμα της μπίλιας της βαλβίδας (4), επιτρέποντας την είσοδο του

λαδιού. Το λάδι που εισχώρησε στον θάλαμο (6) συμπληρώνει αυτό που έφυγε

στην προηγούμενη φάση ανοίγματος της βαλβίδας.

1.4.7 Ρυθμιστής μεταβλητού χρονισμού

Κατευθυνόμενος απευθείας από την μονάδα ελέγχου ψεκασμού , ο

ρυθμιστής μεταβλητού χρονισμού έχει σαν σκοπό την μεταβολή του χρονισμού

των βαλβίδων εισαγωγής κατά την λειτουργία φόρτισης και των στροφών που

απαιτούνται από τον κινητήρα.



Εικόνα 1.18 Ρυθμιστής μεταβλητού χρονισμού

1.5 Εκκεντροφόρος άξονας

Οι εκκεντροφόροι άξονες καθορίζουν τη διάρκεια που θα είναι ανοιχτές οι

βαλβίδες και το βύθισμά τους. Και τα δυο αυτά τα χαρακτηριστικά επηρεάζουν

σε μεγάλο βαθμό την ισχύ και τη ροπή που θ’ αποδώσει ο κινητήρας καθώς και

σε ποιο ύψος στροφών θα λαμβάνονται οι μέγιστες τιμές τους. Γενικά

αυξάνοντας το βύθισμα των βαλβίδων και τη διάρκειά του επηρεάζεται

σημαντικά η ισχύς που αποδίδει ένας κινητήρας. Αυξάνοντας τη διάρκεια

ανοίγματος της βαλβίδας συχνά μειώνεται η ιπποδύναμη του κινητήρα στις

χαμηλομεσαίες στροφές. Το μεγάλο βύθισμα των βαλβίδων απαιτεί

αναβαθμισμένα ελατήρια, μηχανικά ωστήρια και πολλές φορές ανθεκτικότερες

βαλβίδες.



Εικόνα 1.19 Εκκεντροφόρος άξονας

1.5.1 Ο ρόλος του εκκεντροφόρου

Για να μπορέσουμε να βάλουμε τα πράγματα σε μια λογική σειρά θα

πρέπει να ξεκινήσουμε από μερικούς απλούς κανόνες. Έχουμε ένα

βενζινοκίνητο κινητήρα με ατμοσφαιρική τροφοδότηση, ένα έμβολο, δύο

εκκεντροφόρους επικεφαλής και δύο βαλβίδες στο σύνολό τους. Σαν να ‘χουμε

μια παλιά τετράχρονη μοτοσικλέτα ενός κυλίνδρου. Ο εκκεντροφόρος υπάρχει

για να παρέχει τη σωστή δόση καυσίμου ανά στροφή κινητήρα στον θάλαμο

καύσης αλλά και για να απομακρύνει τα κατάλοιπα της καύσης. Η σωστή

δοσολογία του μίγματος προς καύση εξαρτάται από τη διάμετρο της βαλβίδας

(σε mm), την βύθιση της βαλβίδας κατά τη λειτουργία της (σε mm), τη διάρκεια

κατά την οποία θα μείνει αυτή ανοικτή (σε μοίρες ˚ θέσης στροφαλοφόρου), την

πίεση εισαγωγής -υπέρ ή υποπίεση- του μίγματος, τη θερμοκρασία του και

σαφώς την ταχύτητα περιστροφής του μοτέρ. Από τους παραπάνω παράγοντες

οι τρεις πρώτοι είναι σταθεροί, ενώ οι άλλοι μπορούν να μεταβληθούν ανά

πάσα στιγμή και με οποιαδήποτε σειρά.

1.5.2 Λειτουργικότητα του εκκεντροφόρου

Αν εξαιρέσουμε τη βαλβίδα, εννοώντας το εμβαδόν της, τότε μας μένει ο

εκκεντροφόρος. Ο άξονας αυτός που έχει τόσα «εξογκώματα-μύτες» όσες είναι

και οι βαλβίδες που ανοιγοκλείνει, χαρακτηρίζεται από κάποια νούμερα που

δηλώνουν το βύθισμα της βαλβίδας και τη διάρκεια που αυτή θα μείνει ανοικτή

(πατημένη) απ’ αυτόν. Η διάρκεια μετριέται σε μοίρες στο στρόφαλο και

υπάρχουν δύο τιμές γι’ αυτήν την παράμετρο: η μέτρηση κατά SAE όπου η

βαλβίδα έχει αρχίσει ν’ ανοίγει περισσότερο από 6 χιλιοστά της ίντσας μέχρι να

ξανακάτσει στην έδρα της και η πραγματική διάρκεια ανοίγματος, που ορίζεται

από την απομάκρυνσή της κατά 5 εκατοστά της ίντσας, το άνοιγμά της και το

κλείσιμό της έως την απόσταση των 5 εκατοστών της ίντσας πριν να κλείσει

τελείως.



Εικόνα 1.20 Εκκεντροφόρος επικεφαλής

1.6 Βαλβίδες

1.6.1 Γενικά

Αρχίζοντας από τα βασικά, όμως, ας πούμε δύο λόγια για το τι είναι οι

βαλβίδες ενός κινητήρα. Οι βαλβίδες ενός κινητήρα χωρίζονται στις εισαγωγής

και στις εξαγωγής. Δηλαδή, μια βαλβίδα επιτρέπει την εισαγωγή καύσιμου

μίγματος στον κύλινδρο ή την εξαγωγή των καυσαερίων από τον κύλινδρο μετά

την καύση. Καλύτερα φαίνεται στην εικόνα η λειτουργία του κινητήρα και ο

ρόλος των βαλβίδων.

Ο έλεγχος της κίνησης των βαλβίδων γίνεται από τον εκκεντροφόρο

άξονα, , που ανάλογα με τη θέση στην οποία βρίσκεται κάθε χρονική στιγμή,

ορίζει και τη στιγμή και τη διάρκεια ανοίγματος της κάθε βαλβίδας. Όταν η

βαλβίδα πρέπει ν’ ανοίξει, ο εκκεντροφόρος σπρώχνει τη βαλβίδα προς τα

κάτω, όταν η βαλβίδα πρέπει όμως να κλείσει ο εκκεντροφόρος σταματάει να

πιέζει και η βαλβίδα, με τη βοήθεια της προέντασης του ελατηρίου της,

επανέρχεται στην αρχική της κλειστή θέση.



Εικόνα 1.21 Λειτουργία βαλβίδων

1.6.2 Περιγραφή – Κατασκευαστικά στοιχεία βαλβίδας.

Αποτελείται απ’ το επίµηκες στέλεχος (σώμα) (εικόνα 1.22), που

παλινδρομεί σε κατάλληλη οπή της κυλινδροκεφαλής κι απ’ την κεφαλή, η

οποία εδράζεται αεροστεγώς στην έδρα της βαλβίδας επί της

κυλινδροκεφαλής, όταν η βαλβίδα είναι κλειστή. Στο πάνω μέρος του

στελέχους διαμορφώνεται εγκοπή ή αυλάκια ασφαλείας, όπου στηρίζονται τα

κωνικά τεµάχια που πιέζονται απ’ τους κωνικούς δίσκους έδρασης των

ελατηρίων των βαλβίδων.

Εικόνα 1.22 Τμήματα βαλβίδων.

Η έδρα της βαλβίδας στην κυλινδροκεφαλή κατεργάζεται σε πλάτος 1.5

mm (εισαγωγή) ως 2 mm (εξαγωγή) είτε απευθείας στην κυλινδροκεφαλή είτε

και σε ειδικό δακτύλιο έδρας βαλβίδας (εικόνα 1.23), που πρεσάρεται στην

υποδοχή της κεφαλής του κυλίνδρου. Τέτοιοι ειδικοί δακτύλιοι εδρών



χρησιμοποιούνται κυρίως σε κυλινδροκεφαλές από κράµατα αλουμινίου, αλλά

και από χυτοσίδηρο και αποσκοπούν στην αύξηση της αντοχής της έδρας. Ως

υλικό των δακτυλίων χρησιμοποιείται σκληροµέταλλο, χάλυβας χρωµίου -

µαγγανίου ή και κράµα χαλκού - κασσιτέρου. Η συναρμογή είναι σφικτή.

Εικόνα 1.23 Δακτύλιοι εδρών βαλβίδας. Η γωνία εφαρµογής έδρας και κεφαλής της βαλβίδας είναι συνήθως 45

μοίρες, ενώ διαμορφώνονται και περιοχές εξομάλυνσης της ροής υπό γωνία

διόρθωσης 15 και 75 μοίρες. Οι δακτύλιοι των εδρών πρέπει να είναι

ανθεκτικοί στη φθορά και στη θερμότητα και, όταν καταστραφούν,

αντικαθίστανται. Στους μικρής ισχύος κινητήρες, οι έδρες των βαλβίδων

κατασκευάζονται απ’ το ίδιο υλικό µε την κυλινδροκεφαλή, οπότε ανά τακτά

διαστήματα υφίστανται κατεργασία (λείανση), ενώ η προσαρμογή της βαλβίδας

στην έδρα γίνεται µε κατάλληλη εργασία (τρίψιµο) µε σµυριδαλοιφή.

1.6.3 Υδραυλικές βαλβίδες.

Σήµερα στους περισσότερους κινητήρες χρησιμοποιούνται οι υδραυλικές

(αυτορρυθμιζόμενες) βαλβίδες (εικόνα 1.24). Στις βαλβίδες αυτές δεν απαιτείται

ρύθμιση του διάκενου (χάρης), επειδή διαθέτουν σύστηµα υδραυλικής

αντιστάθμισης της χάρης, που χρειάζεται να υπάρχει ανάµεσα στο στέλεχος της

βαλβίδας και στο ζύγωθρο ή στο έκκεντρο, όταν ο εκκεντροφόρος είναι

επικεφαλής. Με το σύστηµα αυτό, αντισταθμίζεται η μεταβολή του μήκους του

στελέχους της βαλβίδας και των λοιπών εξαρτημάτων µε υδραυλικό τρόπο,

ώστε να μηδενίζεται η χάρη, όταν ο κινητήρας λειτουργεί.



Εικόνα 1.24 Σύστημα υδραυλικών βαλβίδων.

Όταν οι βαλβίδες ωθούνται άµεσα απ’ τον επικεφαλής εκκεντροφόρο, το

στοιχείο αντιστάθμισης βρίσκεται μέσα στο κυπελλοειδές ωστήριο. Αν οι

βαλβίδες κινούνται µέσω ζυγώθρων, τότε το έδρανο του ζυγώθρου

στην κυλινδροκεφαλή διαμορφώνεται ως στοιχείο αντιστάθμισης της χάρης. Ο

τρόπος λειτουργίας είναι ίδιος µ’ αυτόν της προηγούμενης περίπτωσης.

1.6.4 Πνευματικές βαλβίδες

Οι πνευματικές βαλβίδες, παρουσιάστηκαν για πρώτη φορά σε

αγωνιστικό κινητήρα το 1986 στο μονοθέσιο της Lotus, με οδηγό τον αείμνηστο

Ayrton Senna. Τότε η βρετανική ομάδα προμηθευόταν τους κινητήρες των

μονοθέσιών της από τη Renault. Ήταν εκείνη την εποχή που στο χώρο της

Formula 1 κυριαρχούσαν οι υπερτροφοδοτούμενοι V6 κινητήρες.

Βέβαια, το σύστημα των πνευματικών βαλβίδων δεν είναι ένα ολοκληρωμένο

σύστημα σαν αυτό των δεσμοδρομικών βαλβίδων της Ducati. Θα μπορούσε να

πει κανείς ότι είναι η εξέλιξη του συμβατικού συστήματος των βαλβίδων, το

οποίο όμως καταργεί τη χρήση ελατηρίων για την επαναφορά των βαλβίδων.

1.6.4.1 Περιγραφή και λειτουργία των πνευματικών βαλβίδων



Οι πνευματικές βαλβίδες δουλεύουν μ’ ένα κύκλωμα του οποίου η πίεση

δίνει στη βαλβίδα την τάση και την ένταση να επανέλθει στην κλειστή της θέση,

ακριβώς όπως και το ελατήριο. Παραστατικότερα φαίνεται στο παρακάτω

σχέδιο (εικόνα 1.23) , όπου καθαρά βλέπουμε τον κενό χώρο (28), στον οποίο

το κύκλωμα επιδρά, αυξάνοντας την πίεση, προκειμένου αυτό να δρα σαν

ελατήριο για την επαναφορά της βαλβίδας στην κλειστή της θέση.

Εικόνα 1.25 Λειτουργία πνευματικών βαλβίδων

Το κύκλωμα(εικόνα 1.25) χρησιμοποιεί άζωτο, το οποίο είναι αδρανές

αέριο και τα χαρακτηριστικά του είναι όμοια μ’ αυτά του αέρα ως μέσο πίεσης

του συστήματος. Για να λειτουργήσει το σύστημα, απαιτεί την ύπαρξη μιας

εξωτερικής δεξαμενής συμπιεσμένου αερίου (συνήθως τοποθετημένη μέσα σε

ένα από τα δύο πλευρικά καλύμματα ψυγείων του μονοθεσίου), ενός ρυθμιστή

πίεσης του κυκλώματος, μονόδρομων βαλβίδων ροής, καθώς και συστήματος

αφαίρεσης καταλοίπων λαδιού που τυχόν να εισχωρήσουν στο σύστημα κατά

τη λειτουργία του και να δημιουργήσουν προβλήματα.



Εικόνα 1.26 Κύκλωμα πνευματικής βαλβίδας

1.6.4.2 Πλεονεκτήματα πνευματικών βαλβίδων

Οι πνευματικές βαλβίδες δεν έχουν πρόβλημα πτώσης απόδοσης

ανάλογα με τις ώρες λειτουργίας που έχουν καλύψει, κάτι που συμβαίνει στην

απόδοση όλων των ελατηρίων. Επίσης, με την κατάργηση των ελατηρίων,

αφαιρείται μέχρι και 1/3 του βάρους του συναρμολογημένου συνόλου κάθε

βαλβίδας. Αυτό βέβαια οδηγεί στην αύξηση της τριβής ολίσθησης της βαλβίδας

κατά τον άξονά της λόγω της παραπάνω στεγανότητας που απαιτείται και για

την επίτευξη αυτής οι μηχανικοί χρησιμοποιούν στεγανωτικά παρεμβύσματα

(τσιμούχες) που έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής ή/και πιο μικρές ανοχές

προκειμένου να εξασφαλίσουν τον απαιτούμενο βαθμό στεγανότητας (εικόνα

1.26).

Το μεγαλύτερο όμως πλεονέκτημα τον πνευματικών βαλβίδων, και ο

κύριος λόγος που οι κατασκευαστές προχώρησαν στην εφαρμογή αυτής της

λύσης, είναι ότι ο ρυθμός επαναφοράς της βαλβίδας στην κλειστή θέση δεν

περιορίζεται από τα μέγιστα όρια έντασης και τάσης του ελατηρίου. Αυτό

βοηθάει στην έγκαιρη επαναφορά της βαλβίδας στην κλειστή θέση σε ιδιαίτερα

υψηλούς ρυθμούς περιστροφής του κινητήρα, χωρίς τον κίνδυνο

καθυστερημένης επαναφοράς, κάτι που οδηγεί στην ανεπιθύμητη επαφή

μεταξύ βαλβίδας και πιστονιού. Όταν πρωτοπαρουσιάστηκε το σύστημα αυτό

από τη Renault, η δήλωσή της ήταν ότι το σύστημα των πνευματικών βαλβίδων

καθιστά δυνατό το ταίριασμα των χαρακτηριστικών βυθίσματος της βαλβίδας

από την τάση και την ένταση του συστήματος, σε σχέση με την αδράνεια που

εμφανίζεται στο συναρμολογημένο σύνολο της βαλβίδας. Το αποτέλεσμα είναι

η δυνατότητα επίτευξης υψηλότερου ορίου περιστροφής του κινητήρα και κατά

συνέπεια μεγαλύτερη απόδοση δύναμης απ’ αυτόν.

1.6.4.3 Μειονεκτήματα πνευματικής βαλβίδας

Σε ποιους τομείς όμως μπορεί να είναι ευπαθές ένα τέτοιο σύστημα;

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η επαναφορά της κάθε βαλβίδας βασίζεται στην

πίεση του υδραυλικού αυτού κυκλώματος. Η πτώση πίεσης λόγω βλάβης του



συστήματος σίγουρα είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα. Κάτι τέτοιο μπορεί να

συμβεί λόγω διαρροής πίεσης από το κύκλωμα, με πιο ευπαθή σημεία τα

στεγανωτικά παρεμβύσματα πάνω στη βαλβίδα και το σταθεροποιητή/ρυθμιστή

πίεσης του κυκλώματος. Ολέθρια αποτελέσματα μπορεί επίσης να έχει και η

περίπτωση εισχώρησης λαδιού από τον κινητήρα μέσα στο κύκλωμα, μιας και η

πίεση του συστήματος θ’ άλλαζε δραματικά όταν υπάρχουν πάνω από ένα

ρευστά μέσα σ’ αυτό. Πρέπει να σημειωθεί το ότι, σε περίπτωση διάγνωσης

πτώσης της πίεσης του κυκλώματος κατά τη διάρκεια ενός αγώνα, το

μονοθέσιο μπορεί να επιστρέψει στον χώρο ανεφοδιασμού για να

υπερπληρωθεί με άζωτο η δεξαμενή του κυκλώματος, κάτι που θα επιτρέψει

στο μονοθέσιο να καλύψει κάποιους ακόμα γύρους χωρίς τον κίνδυνο βλάβης

του κινητήρα. Για να πάρει κανείς μία εικόνα της πίεσης που υπάρχει μέσα σε

ένα τέτοιο κύκλωμα κατά την λειτουργία του, αξίζει να αναφερθεί ότι η Honda το

1992 με την RA122E/B δούλευε μεταξύ 6 και 8 bar πίεσης, με την εξωτερική

δεξαμενή πλήρωσης του συστήματος να έχει περίπου 150 bar πίεσης στην

αρχή του αγώνα.

1.6.5 Ηλεκτρουδραυλικες βαλβίδες

Εταιρίες όπως η Honda έχουν πειραματιστεί και με συστήματα

ηλεκτροϋδραυλικών βαλβίδων που εφαρμόζουν την ίδια αρχή λειτουργίας,

καταργούν όμως τη χρήση εκκεντροφόρων και χρησιμοποιούν πνευματικό

σύστημα και για το άνοιγμα της βαλβίδας εκτός από το κλείσιμο αυτής. Τα

πλεονεκτήματα ενός τέτοιου συστήματος είναι πολλά, κυριότερα αυτών η

μείωση των απωλειών ισχύος του κινητήρα, διότι δεν έχουμε εκκεντροφόρους

να χρειάζεται να πάρουν κίνηση απ’ αυτόν, αλλά και την απόλυτα ρυθμιζόμενη

συμπεριφορά των βαλβίδων όσον αφορά τη διάρκεια και το χρονισμό τους, με

οφέλη στην επέκταση του ωφέλιμου εύρους λειτουργίας του κινητήρα.

Σχεδιάγραμμα της δομής ενός τέτοιου συστήματος βλέπουμε στην παρακάτω

(εικόνα1.27), όπου έχουμε τη βαλβίδα στο κέντρο, συνδεδεμένη στο πάνω

μέρος της μ’ έναω τύπο εμβόλου και δύο δεξαμενές πίεσης συνδεδεμένες με

την πάνω και την κάτω πλευρά του θαλάμου στον οποίο βρίσκετε το

προαναφερθέν έμβολο. Με τη χρήση ηλεκτροβαλβίδων και ρυθμιστών πίεσης η

κίνηση της βαλβίδας είναι απόλυτα ελεγχόμενη. Ασφαλώς, ένα τέτοιο σύστημα



δεν έχει κάνει την εμφάνισή του σε μονοθέσιο της Formula 1 λόγω της

ευπάθειάς του, κάτι που με την κατάλληλη εξέλιξη ίσως το δούμε κάποια στιγμή

σ’ εφαρμογή στο εγγύς μέλλον.

Εικόνα 1.27 Λειτουργία ηλεκτρουδραυλικής βαλβίδας Με στόχο να επιτευχθεί ο καλύτερος δυνατός έλεγχος του ανοίγματος

των βαλβίδων, ώστε να εξασφαλίζεται ο απόλυτος έλεγχος της μάζας του αέρα

εισαγωγής – ανεξάρτητα για κάθε έναν κύλινδρο, αλλά και σε κάθε φάση

λειτουργίας του κινητήρα, η Fiat Powertrain Technologies (FPT) εξέλιξε μια

τεχνολογία ηλεκτρο-υδραυλικής μεταβλητής ενεργοποίησης των βαλβίδων

εισαγωγής, που προσφέρεται πλέον σε κινητήρες παραγωγής με την ονομασία

Multiair.

Είναι αλήθεια ότι κατά την τελευταία 10ετία, η ανάπτυξη της τεχνολογίας

Άμεσου Ψεκασμού – Common Rail για τους πετρελαιοκινητήρες έχει

σηματοδοτήσει μια σημαντική εξέλιξη στην αγορά των πετρελαιοκίνητων

οχημάτων, τοποθετώντας ταυτόχρονα το Fiat Group στην πρώτη γραμμή της

τεχνολογίας των κινητήρων ντίζελ. Για να είναι αντίστοιχα ανταγωνιστική όμως

και στον τομέα των βενζινοκινητήρων, η ιταλική εταιρεία αποφάσισε να

ακολουθήσει την ίδια προσέγγιση και να εστιάσει σ’ επαναστατικές τεχνολογίες,

ώστε να προσφέρει στους ιδιοκτήτες των αυτοκινήτων της έναν υψηλό

συνδυασμό οικονομίας καυσίμου και οδηγικής ικανοποίησης. Τα τελευταία

χρόνια ο Όμιλος Fiat έχει εξελίξει σημαντικά την τεχνολογία Common-Rail για

τους πετρελαιοκινητήρες και το ίδιο φιλοδοξεί να πράξει και στους

βενζινοκινητήρες με την τεχνολογία Multiair. Στόχος της είναι να προσφέρει τον



βέλτιστο συνδυασμό οικονομία και οδηγικής απόλαυσης. Η μακρόχρονη

τεχνογνωσία στην ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών για τους κινητήρες

πετρελαίου που έχει αναπτύξει ο Όμιλος Fiat δεν αποτελεί μονόδρομο καθώς

το ίδιο σκοπεύει να πράξει και για τους βενζινοκινητήρες, χάρη στη νέα

τεχνολογία «Multiair».

Ο έλεγχος της καύσης στους πετρελαιοκινητήρες, των εκπομπών ρύπων

τους και της κατανάλωσης καυσίμου από αυτούς, εξαρτάται από την ποσότητα

και τα χαρακτηριστικά του καυσίμου το οποίο ψεκάζεται μέσα στους

κυλίνδρους. Αντίστοιχα στους βενζινοκινητήρες η διαδικασία εξαρτάται από την

ποσότητα και τα χαρακτηριστικά της εισαγωγής αέρα. Στους συμβατικούς

βενζινοκινητήρες η μάζα του αέρα η οποία εισέρχεται στους κυλίνδρους,

ελέγχεται διατηρώντας σταθερό το άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής και

ρυθμίζοντας την πίεση στο κύκλωμα εισαγωγής του αέρα μέσω μίας

«πεταλούδας». Ένα από τα μειονεκτήματα αυτού του απλού συμβατικού

συστήματος είναι το ότι ο κινητήρας σπαταλάει περίπου το 10% της

παραγόμενης ενέργειας στην άντληση της απαιτούμενης ποσότητας του αέρα

από την –χαμηλής πίεσης- εισαγωγή στην ατμοσφαιρική πίεση της εξαγωγής.

Με στόχο να επιτευχθεί ο καλύτερος δυνατός έλεγχος του ανοίγματος

των βαλβίδων, ώστε να εξασφαλίζεται ο απόλυτος έλεγχος της μάζας του αέρα

εισαγωγής ανεξάρτητα για κάθε ένα κύλινδρο, αλλά και σε κάθε φάση

λειτουργίας του κινητήρα, η Fiat Powertrain Technologies (FPT) εξέλιξε μία

τεχνολογία ηλεκτρο-υδραυλικής μεταβλητής ενεργοποίησης των βαλβίδων

εισαγωγής, που προσφέρεται πλέον σε κινητήρες παραγωγής με την ονομασία

Multiair.



Εικόνα 1.28 Βαλβίδα με σύστημα multiair

Το σύστημα επενεργεί στις βαλβίδες εισαγωγής(εικόνα 1.28) με τη

βοήθεια εμβόλων που κινούνται από μηχανικά έκκεντρα και είναι συνδεδεμένα

με τις βαλβίδες μέσω υδραυλικών θαλάμων, οι οποίοι ελέγχονται από

σωληνοειδείς βαλβίδες. Όταν αυτές είναι κλειστές, το λάδι που υπάρχει μέσα

στους υδραυλικούς θαλάμους συμπεριφέρεται σαν ένα συμπαγές σώμα και

μεταφέρει στις βαλβίδες εισαγωγής τις κινήσεις των έκκεντρων του

εκκεντροφόρου, τις οποίες ακολουθούν οι βαλβίδες όπως στα συμβατικά

συστήματα.

Εικόνα 1.29 Λειτουργία ηλεκτρουδραυλικής βαλβίδας

Όταν ανοίγουν οι σωληνοειδείς βαλβίδες (εικόνα 1.30), οι βαλβίδες

εισαγωγής στους κυλίνδρους δεν ακολουθούν πλέον τις κινήσεις των έκκεντρων

και κλείνουν με διαφορετικό «πρόγραμμα», ανάλογα με τις απαιτήσεις της

οδήγησης. Όταν, λοιπόν, είναι επιθυμητή η μέγιστη ισχύς, οι σωληνοειδείς

βαλβίδες είναι πάντα κλειστές και το πλήρες άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής

στους κυλίνδρους επιτυγχάνεται ακολουθώντας πλήρως το «πρόγραμμα» του

εκκεντροφόρου, το οποίο είναι ειδικά σχεδιασμένο έτσι ώστε να μεγιστοποιεί

την ισχύ στις υψηλές στροφές του κινητήρα (μεγάλη χρονική διάρκεια

ανοίγματος των βαλβίδων).Για ροπή στις χαμηλές στροφές, οι σωληνοειδείς



βαλβίδες ανοίγουν σε τέτοια χρονική στιγμή που να επιτρέπουν το πρόωρο

κλείσιμο των βαλβίδων εισαγωγής. Αυτό εξαλείφει την ανεπιθύμητη ανάστροφη

ροή του αέρα μέσα στην πολλαπλή εισαγωγής και μεγιστοποιεί τη μάζα του

αέρος που «παγιδεύεται» μέσα στους κυλίνδρους.

παρουσιάζει το εξής μειονέμα: ο κινητήρας σπαταλάει περίπου το 10% της παραγόμενης

ενέργειας στην η

Εικόνα 1.30 Λειτουργία σωληνοειδών βαλβίδων

Στη λειτουργία με μερικό φορτίο του κινητήρα οι σωληνοειδείς βαλβίδες

ανοίγουν νωρίτερα, προκαλώντας μερικό άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής κι

ελέγχοντας τη μάζα του «παγιδευμένου» στους κυλίνδρους αέρα ανάλογα με

την επιθυμητή ροπή. Επίσης, αν κλείσουν οι σωληνοειδείς βαλβίδες μόλις

ξεκινήσει η επενέργεια των εκκέντρων στις βαλβίδες εισαγωγής, η ροή του αέρα

επιταχύνεται κι έχει σαν αποτέλεσμα τον υψηλότερο στροβιλισμό μέσα στον

κύλινδρο. Οι τελευταίοι δύο τρόποι ενεργοποίησης μπορούν να συνδυαστούν

μέσα στην ίδια φάση της εισαγωγής, δημιουργώντας ένα τρόπο λειτουργίας

που λέγεται «πολλαπλού ανοίγματος» και βελτιώνει το εύρος του στροβιλισμού

και της καύσης σε πολύ χαμηλά φορτία.

1.6.6 Βαλβίδες νατρίου

Οι βαλβίδες νατρίου (sodium filled valves) (εικόνα 1.31) είναι βαλβίδες

που εμπεριέχουν νάτριο στο κενό που υπάρχει στο εσωτερικό τους , το οποίο

λιώνει περίπου στους 97.5 βαθμούς Κελσίου κατά τη λειτουργία του κινητήρα

και βοηθάει με την τήξη του την αποβολή θερμοκρασίας, μεταφέροντας

θερμότητα στο στέλεχος της βαλβίδας και αυτό με τη σειρά του



στο ψυκτικό υγρό της κυλινδροκεφαλής. Είναι (παλιά) τεχνολογία που

χρησιμοποιείται απο χρόνια στις βαλβίδες εξαγωγής, θα τη συναντήσουμε

ευρέως σε πάρα πολλούς κινητήρες παραγωγής (φθηνούς και ακριβούς) .

Σήμερα, νέα κράματα μετάλλων στις βαλβίδες τείνουν να έχουν καλύτερα

αποτελέσματα στην αποβολή θερμοκρασίας και η λύση του νατρίου αρχίζει να

ξεπερνιέται.

άνοιγμα τ ων βαλβίδων εισαγωγής στους

Εικόνα 1.31 Βαλβίδα νατρίου



2.1 V-TEC της honda

2.1.1 Τεχνολογία VTEC

Η τεχνολογία που έχει αναπτύξει η ΗΟΝDΑ στους κινητήρες µε

εκκεντροφόρους µεταβλητού χρονισµού ονοµάζεται VTEC (Variable Valve



Timing and lift Electronic Control).

Η όλη ιδέα και κατασκευή του βασίζεται πάνω στον προβληµατισµό

που υπήρχε για πλήρη και σταθερή απόδοση του κινητήρα σ΄ όλο το εύρος

των στροφών του.

Αλλά ας το πιάσουµε απ΄ την αρχή. Σ΄ ένα κοινό τετράχρονο κινητήρα

Otto, ο χρόνος ανοίγµατος των βαλβίδων και το χρονικό σηµείο ανοιγµατός

τους εξαρτάται αποκλειστικά από τα έκκεντρα (λοβούς) του εκκεντροφόρου.

Όπως είναι φυσικό στις χαµηλές στροφές η διάρκεια που οι βαλβίδες

παραµένουν ανοιχτές είναι µεγαλύτερη απ΄ ότι στις υψηλές στροφές. Αν

κατασκευαζόταν ένας εκκεντροφόρος που να δίνει ικανοποιητικό χρόνο

άνοιγµατος των βαλβίδων στις υψηλές στροφές, τότε ο κινητήρας θα είχε

πρόβληµα σωστής λειτουργίας στις χαµηλές. Η ποσότητα αέρα που θα

εισχωρούσε στο θάλαµο καύσης θα ήταν αρκετά µεγάλη για τις απαιτήσεις

του κινητήρα στις παρούσες στροφές, ενώ ταυτόχρονα και λόγω ότι οι

βαλβίδες θα παραµέναν ανοιχτές για µεγάλο διάστηµα, η ανάµειξή του µε το

καύσιµο δεν θα ήταν και η καλύτερη µε αποτέλεσµα να µην υπάρχει

οµοιογένεια στο µίγµα άρα οµαλή λειτουργία του. Αντίθετα, εάν τοποθετούνταν

εκκεντροφόρος κατάλληλός για τις χαµηλες στροφές ο κινητήρας θα

αντιµετώπιζε πρόβληµα στις υψηλές καθώς δεν θα υπήρχε αρκετή ποσότητα

αέρα για καύση, µε αποτέλεσµα να παρατηρείται µείωση της ισχύς σ΄ αυτές

τις στροφές. Μ΄ αυτό το σκεπτικό οι εκκεντροφόροι κατασκευάζονται ώστε ο

κινητήρας να έχει την καλύτερη απόδοση στο µεγαλύτερο φάσµα των

στροφών του αλλά όπως είναι φυσικό όχι σε όλο.

Το πρόβληµα αυτό το ξεπέρασε η ΗΟΝDΑ χρησιµοποιώντας την

τεχνολογία VTEC (εικόνα 2.1). Κατάφερε δηλαδη να δώσει διαφορετικό χρόνο

ανοίγµατος βαλβίδων στις υψηλές και χαµηλές στροφές του κινητήρα.



Εικόνα 2.1 Τεχνολογία Κινητήρα V-TEC

2.1.2 Τύποι VTEC και λειτουργία τους

Η βασική ιδέα του VTEC είναι αυτή που προαναφέραµε. Αυτό

επιτυγχάνεται µε διαφόρους τρόπους και γι΄ αυτό υπάρχουν διάφορες

εκδόσεις VTEC. Ας τις πάρουµε µια-µια ξεχωριστά.

SOHC VTEC (Eννιαος επικεφαλής εκκεντροφόρος)

Σ΄ αυτό το σύστηµα υπάρχει ένας εκκεντροφόρος(εικόνα 2.2) που

καθήκον είναι ν΄ ανοίγει τις βαλβίδες εισαγωγής κι εξαγωγής. Κάθε κύλινδρος

αποτελείται από τέσσερις βαλβίδες (δύο εισαγωγής και δύο εξαγωγής), ενώ το

σύστηµα VTEC ενεργεί µόνο στις εισαγωγής. Αυτές ενεργοποιούνται για ν΄

ανοίξουν από τ΄ αντίστοιχα έκκεντρα του εκκεντροφόρου. Αυτά τα δύο έκκεντρα

είναι κατάλληλα σχεδιασµένα για να προσφέρουν στον κινητήρα χαµηλή

κατανάλωση καυσίµου και οµαλή λειτουργία στις χαµηλές στροφές. Ανάµεσα

στα δύο αυτά έκκεντρα υπάρχει κι΄ ένα τρίτο το οποίο πατάει σε ζύγωθρο που

δεν έχει βαλβίδα για ν΄ ανοίξει. Με την αύξηση των στροφών δίνεται εντολή από

τον εγκέφαλο του κινητήρα και µε τη βοήθεια της πίεσης του λαδιού, ένας

πείρος ασφαλίζει τα ζύγωθρα των βαλβίδων µε το ενδιάµεσο.

Επειδή το µεσαίο έκκεντρο είναι σχεδιασµένο για τις υψηλές στροφές

έιναι κατασκευασμένο έτσι, ώστε να δίνει μεγαλύτερο χρόνο

ανοίγματος και μεγαλύτερη διαδρομή στις βαλβίδες. Αυτό έχει σαν συνέπεια

το μεσαίο ζύγωθρο να κινεί τα άλλα δυο και ν’ ανοίγουν τις βαλβίδες, ενώ τα

άλλα δύο έκκεντρα απλώς ν’ ακολουθούν. Έτσι βελτιώνεται η αναπνοή του

κινητήρα και να δίνει καλύτερη ροπή και μεγαλύτερη ιπποδύναμη σ’ αυτές τις

στροφές.



Εικόνα 2.2 Ενιαίος επικεφαλής εκκεντροφόρος

DOHC VTEC (2 εκκεντροφόροι επικεφαλής)

Το συγκεκριμένο (εικόνα 2.3) λειτουργεί όπως και το SOHC VTEC με τη

διαφορά ότι στην κεφαλή υπάρχουν δύο εκκεντροφόροι, ο ένας των βαλβίδων

εισαγωγής και ο άλλος εξαγωγής. Το VTEC εφαρμόζεται και στους δύο,

δίνοντας έτσι και στις βαλβίδες εξαγωγής χρονική μεταβλητότητα ανοίγματος,

προσφέροντας ακόμα μεγαλύτερη ισχύ στον κινητήρα .

Εικόνα 2.3 Λειτουργία DOHC VTEC

SOHC VTEC-E(όπου E-economical)

Απώτερος σκοπός του VTEC-E είναι η χαµηλή κατανάλωση καυσίµου

και για το λόγο αυτό η λειτουργία του είναι εντελώς διαφορετική από τα δύο

προηγούµενα συστήµατα. Έτσι δεν υπάρχουν παραπάνω έκκεντρα εκτός από

αυτά που αντιστοιχούν στις βαλβίδες, ενώ και αυτό το σύστηµα επενεργεί στις



βαλβίδες εισαγωγής µονού επικεφαλής εκκεντροφόρου.

Εικόνα 2.4 Λειτουργία SOHC VTEC-E

Στις χαµηλές στροφές

από τις δύο µόνο η µια

ανοίγει ενώ η άλλη λόγω του σχεδόν κυκλικού έκκεντρου παραµένει σχεδόν

κλειστή. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα όλο το µίγµα ν’ αναγκάζεται να περάσει

από αυτήν και λόγω του σχεδιασµού της προκαλείται στροβιλισµός

οµοιογένεια σ’αυτό . Μ’ αυτό τον τρόπο ο κινητήρας καταφέρνει να λειτουργεί

µε πολύ φτωχό µίγµα. Η άλλη βαλβίδα ανοίγει τόσο ώστε να µην

συσσωρεύεται καύσιµο πάνω απο το χείλος της.

Με την αύξηση των στροφών, η απαίτηση για γόµωση του κυλίνδρου µε

µεγαλύτερη ποσότητα µίγµατος αυξάνει. Έτσι σε κάποιες συγκεκριµένες

στροφές δίνει εντολή ο εγκέφαλος του κινητήρα και µε τη βοήθεια της πίεσης

του λαδιού ένας πείρος ασφαλίζει το δεύτερο ζύγωθρο στο πρώτο. Οπότε και

η δεύτερη βαλβίδα εισαγωγής ανοιγοκλείνει, ακολουθώντας την ίδια διαδροµή

που κάνει η πρώτη.

Επειδή στις χαµηλές στροφές ανοίγει µόνο η µία βαλβίδα, το έκκεντρο

είναι σχεδιασµένο έτσι, ώστε να την ανοίγει λίγο παραπάνω και για

περισσότερο διάστηµα, από ότι θα γινόταν αν δουλεύαν και οι δύο µαζί. Στις

υψηλές στροφές µ’ αυτό το χαρακτηριστικό προφίλ του εκκέντρου αυξάνει η

ιπποδύναµη του κινητήρα.



3- Stage VTEC Το 3-Stage VTEC (εικόνα 2.5) είναι συνδιασµός των SOHC VTEC και

SOHC VTEC-E και µ’ αυτό επιτυγχάνεται χαµηλή κατανάλωση καυσίµου και

µέγιστη απόδοση κινητήρα.

Εικόνα 2.5 Τα τρία στάδια του VTEC.

Στις χαµηλές στροφές από τις δύο βαλβίδες εισαγωγής µόνο η µια

ανοίγει καθώς η άλλη ακολουθεί ένα σχεδόν κυκλικό έκκεντρο. Όταν αυξάνουν

οι στροφές και µόλις ξεπεράσουν τις 2500rpm ένας πείρος,µε τη βοήθεια της

πίεσης του λαδιού, κλειδώνει το ένα ζύγωθρο µε το άλλο αναγκάζοντας και

τη δεύτερη βαλβίδα να κινηθεί και ν’ ακολουθήσει την ίδια διαδροµή µε την

πρώτη. Ο µέχρι τώρα µηχανισµός δουλεύει όπως και το SOHC VTEC-E.

Με την παραπάνω αύξηση των στροφών και ξεπερνώντας τις 4500rpm,

ένας άλλος πείρος ασφαλίζει τα δύο ζύγωθρα µε ένα τρίτο που βρίσκεται

αναµέσά τους. Αυτό το τρίτο ζύγωθρο κινείται από έκκεντρο σχεδιασµένο για

τις υψηλές στροφές κι έτσι τώρα οι βαλβίδες κινούνται σύµφωνα µ’ αυτό,

κάνοντας µεγαλύτερη διαδροµή και παραµένοντας για µεγαλύτερο χρονικό

διάστηµα ανοιχτές. Αυτό προσφέρει στον κινητήρα µεγαλύτερη ισχύ στη

συγκεκριµένη περιοχή στροφών και η λειτουργία του είναι ακριβώς όπως και

το SOHC VTEC.

i-VTEC (όπου i-intelligent)



Το i-VTEC (εικόνα 2.6) είναι συνδιασμός του 3-Stage VTEC και της

τεχνολογίας VTC (Μεταβλητός έλεγχος χρονισμού επικάλυψης). Μ’ αυτόν τον

τρόπο εκτός από το χρονικό διάστημα ανοίγματος βαλβίδων καθορίζεται και το

χρονικό σημείο ανοίγματός τους.

Με την τεχνολογία VTC καθορίζεται η θέση του εκκεντροφόρου σε

σχέση με το γρανάζι του. Αυτό επιτυγχάνεται με μια βαλβίδα πίεσης λαδιού,

που στέλνοντας λάδι στους κατάλληλους αγωγούς, προπορεύει η υστερεί τον

εκκεντροφόρο.

Για την καλύτερη απόδοση του κινητήρα γίνεται χρήση και

διαφόρων άλλων τεχνολογιών, όπως της επαναφοράς καυσαερίων

(EGR) και του μηχανισμού μεταβλητού εισαγωγής αέρα.

Εικόνα 2.6 Διάταξη συστήματος i-VTEC

Οι φάσεις λειτουργίας του I-VTEC στο φάσμα στροφών του κινητήρα

χωρίζονται σε τέσσερις.

Στην πρώτη φάση ο κινητήρας δουλεύει στις χαμηλές στροφές, μόνο μία

από τις δύο βαλβίδες ανοίγει, ενώ το μπαλαντζάρισμα μεταξύ των βαλβίδων

είναι το μικρότερο. Έτσι επιτυγχάνεται η καλύτερη οικονομία καυσίμου καθώς η

αναλογία αέρα καυσίμου γύρω στο 20:1.

Στη δεύτερη φάση όπου ο κινητήρας δουλεύει ακόμα στις χαμηλές

στροφές, αλλά χρειάζεται κάποια από τα αποθέματα ροπής, ο εκκεντροφόρος

αποκτάει προπορεία και δούλεύει στο μέγιστο μπαλαντζάρισμα. Αυτό γίνεται



γιατί μπαίνει σε λειτουργία η βαλβίδα EGR και χρειάζεται ο παραπάνω χρόνος

για να καθαρίσει ο θάλαμος καύσης από τα καυσαέρια και για να γίνει η

καλύτερη διαχείρηση καυσίμου. Η αναλογία αέρα καυσίμου γίνεται 14,7 με 12,1

ενώ η δεύτερη βαλβίδα παραμένει ακόμα κλειστή.

Στην τρίτη φάση ο κινητήρας βρίσκεται ακόμα στις χαμηλές στροφές

λειτουργίας, και η απαίτηση για ακόμα μεγαλύτερη ροπή έχει σαν αποτέλεσμα

την μεταβλητότητα της προπορείας του εκκεντροφόρου. Στον κύλινδρο ανοίγει

μόνο η μία βαλβίδα.

Στην τέταρτη φάση, όπου βρίσκεται στην περιοχή υψηλών στροφών,

ανοίγουν κι οι δυο βαλβίδες, ενώ ταυτόχρονα ακολουθούν έκκεντρο

καθορισμένο γι’ αυτές τις στροφές. Άρα έχουν μεγαλύτερο χρονικό διάστημα

ανοίγματος και παράλληλα μεταβάλλεται η προπορεία του εκκεντροφόρου

ανάλογα τις στροφές και το φορτίο. Σ’ αυτήν τη φάση δουλεύει και η βαλβίδα

μεταβλητού αέρα εισαγωγής.

Το Ι-VTEC σύστηµα δεν χρησιµoπoιείται µόνο σε SOHC, αλλά και σε DOHC

κινητήρες. Που σηµαίνει ότι επιδρούν και στον εκκεντροφόρο εξαγωγής, και στις

αντίστοιχες βαλβίδες του, µε αποτέλεσµα την ωφέλεια ακόµα µεγαλύτερης

ισχύος.

Τα παραπάνω αυτά συστήµατα χρησιµοποιεί η ΗΟΝDΑ στα αυτοκίνητα

και προσθέτει στα χαρακτηριστικά των κινητήρων τους τον όρο VTEC. Πάντως

αυτό που λείπει από την τεχνολογία VTEC, προσδιορίζεται µε το γράµµα -C-

Continuously. Δηλαδή αυτή η τεχνολογία διαθέτει µεταβλητό χρονικό διάστηµα

ανοίγµατος βαλβίδων, αλλά δύο θέσεων και όχι συνεχώς µεταβαλλόµενο.

Super Four Hyper VTEC (Υπερ-VΤΕC)

Στις µοτοσυκλέτες της ΗΟΝDΑ (εικόνα 2.7), όπου έχει εισαχθεί η

τεχνολογία VTEC χρησιµοποιείται η ονοµασία Super Four Hyper Vtec. Εκτός

από την ονοµασία του αλλάζει και όλος ο µηχανισµός λειτουργίας του VTEC, µε

σκοπό βέβαια την επίτευξη του ιδίου αποτελέσµατος (µεταβλητό χρονικό

άνοιγµα βαλβίδων).



Εικόνα 2.7 Λειτουργία του υπερ-VTEC

Οι κινητήρες που χρησιµοποιούν το παραπάνω σύστηµα είναι

16βάλβιδοι DOHC, ενώ τα ζύγωθρα έχουν αντικατασταθεί από καπελότα. Από

τις τέσσερις βαλβίδες ανά κύλινδρο οι δύο απέναντι διαγώνιες λειτουργούν

κανονικά, ενώ οι άλλες δύο κλειστές.Το γεγονός ότι παραµένουν κλειστές

οφείλεται στο ότι µεταξύ των καπελώτων και των βαλβίδων υπάρχει ένας

µικρός πείρος. Όταν δεν υπάρχει πίεση λαδιού, το καπελότο όπως πιέζεται από

τον εκκεντροφόρο και καταβαίνει, αντί να σπρώξει τον πείρο κι αυτός µε την

σειρά του την βαλβίδα, φωλιάζει τον πείρο σε µια εσοχή του και η βαλβίδα

παραµένει απείραχτη. Μόλις ο κινητήρας ξεπεράσει τις 7000rpm ανοίγει ένας

αγωγός λαδιού και µε την βοήθεια της πίεσής του µετακινείται ο πείρος. Έτσι

όταν καταβαίνει το καπελότο δεν τον φωλιάζει αλλά τον σπρώχνει προς την

βαλβίδα για να την ανοίξει.

Στην συγκεκριµένη τεχνολογία η ΗΟΝDΑ ισχυρίζεται ότι επειδή δεν

χρησιµοποιεί προσθήκες αλλά καπελώτα διαφόρων παχών, δεν υπάρχει

παλινδρόµηση µαζών, άρα και µείωση θορύβου. Το γεγονός είναι πάντως ότι

επιτυγχάνεται µία πιο επιθετική λειτουργία του κινητήρα.



2.2 VVT-I της toyota

2.2.1 Γενικά

Όταν λέμε κινητήρας VVT-i εννοούμε ένα σύστημα συνεχόμενου

μεταβλητού χρονισμού των βαλβίδων. Η βραβευμένη τεχνολογία VVT-i της

Toyota χρησιμοποιεί ένα προηγμένο υπολογιστή για να ρυθμίζει το χρονισμό

της εισαγωγής αέρα στις βαλβίδες, ανάλογα με τις συνθήκες του δρόμου και το

φορτίο του κινητήρα. Ρυθμίζοντας το χρονισμό μεταξύ του κλεισίματος της

βαλβίδας εξαγωγής και του ανοίγματος της βαλβίδας εισαγωγής, τα

χαρακτηριστικά του κινητήρα μπορούν ν’ αλλάξουν και ο κινητήρας ν’ αποδώσει

μεγαλύτερη ροπή στρέψης σε όλο το φάσμα των στροφών. Το όφελος είναι

διπλό: Εκπληκτική επιτάχυνση και μεγάλη οικονομία καυσίμου. Επιπλέον, η

πιο ολοκληρωμένη καύση σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες έχει σαν αποτέλεσμα

λιγότερες εκπομπές ρύπων.

Επίσης το σύστημα VVT-i μεταβάλει το χρονισμό κατευθύνοντας λάδι με

πίεση, ώστε ν’ αυξηθεί ή να μειωθεί η γωνία του συστήματος οδοντοτροχού του

εκκεντροφόρου εισαγωγής. Η αλλαγή χρονισμού του εκκεντροφόρου εισαγωγής

υπό συγκεκριμένες συνθήκες αυξάνει την ισχύ του κινητήρα της μηχανής μας

μειώνοντας την κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές ρύπων. Διάγραμμα του

συστήματος μεταβολής του χρονισμού με μεταβολή της φάσης του

εκκεντροφόρου παρουσιάζεται στην εικόνα 2.8 .

Εικ

όνα 2.8 Διάγραμμα μεταβολής χρονισμου-φάσης του εκκεντροφόρου.



2.2.2 Περιγραφή και λειτουργία του VVT-i

Το σύστημα (εικόνα 2.9) περιλαμβάνει τα παρακάτω στοιχεία :

Μονάδα PCM (Powertrain Control Modul γνωστή και ως εγκέφαλος).

Βαλβίδα ελέγχου λαδιού OCV (Oil Control Valve).

Φίλτρο ελαίου βαλβίδας OCV.

Σύστημα οδοντοτροχού εκκεντροφόρου εισαγωγής.

Εικόνα 2.9 Σύστημα κινητήρα VVT-i Το PCM χρησιμοποιεί διάφορες εισόδους για να ανοίξει ή να κλίσει την βαλβίδα

OCV. Αυτές είναι από τους παρακάτω αισθητήρες:

Ταχύτητα οχήματος VSS (Vehicle Speed Sensor).

Πεταλούδα γκαζιού TPS (Throttle Position Sensor).

Μάζα αέρα MAF (Mass Airflow Sensor).

Θερμοκρασία ψυκτικού μηχανής ECT (Engine Coolant Temperature).

Η βαλβίδα OCV είναι μία ηλεκτρομηχανική βαλβίδα. Όταν το PCM

ανοίγει τη βαλβίδα περνάει συγκεκριμένης ποσότητας και πίεσης λάδι από τη

μηχανή στο σύστημα οδοντοτροχού του εκκεντροφόρου, αυξάνοντας ή

μειώνοντας τη γωνία αυτού. Επίσης το PCM μπορεί να στείλει σήμα στην OCV,

έτσι ώστε να κόψει την ροή λαδιού και προς την κατεύθυνση αύξησης και προς

την κατεύθυνση μείωσης γωνίας οδοντοτροχού διατηρώντας με αυτόν τον



τρόπο τον εκάστοτε χρονισμό του εκκεντροφόρου, κλειδώνοντας μ’ άλλα λόγια

τον εκκεντροφόρο στην συγκεκριμένη γωνία.

Υπό συνθήκες μικρού φόρτου μηχανής το PCM θα μειώσει την γωνία του

εκκεντροφόρου για να μικρύνει την περίοδο όπου οι βαλβίδες εισαγωγής θα

είναι ανοικτές ταυτόχρονα με τις βαλβίδες εξαγωγής σταθεροποιώντας την

απόδοση της μηχανής.

Υπό συνθήκες μεσαίου φόρτου μηχανής το PCM θα αυξήσει την γωνία

του εκκεντροφόρου για να μεγαλώσει την περίοδο όπου οι βαλβίδες εισαγωγής

θα είναι ανοικτές ταυτόχρονα με τις βαλβίδες εξαγωγής αυξάνοντας την

οικονομία καυσίμου και μειώνοντας τις εκπομπές ρύπων.

Στην περίπτωση υψηλού φόρτου στροφων το PCM θ’ αυξήσει τη γωνία

του εκκεντροφόρου για να κλείσουν γρηγορότερα οι βαλβίδες εισαγωγής και να

βελτιωθεί η ροπή σε χαμηλές και μέσες στροφές.

Και τέλος υπό συνθήκες πολύ υψηλού φόρτου στροφών το PCM θα μειώσει τη

γωνία του εκκεντροφόρου για να επιβραδύνει το κλείσιμο των βαλβίδων

εισαγωγής και να επιτρέψει περισσότερο καύσιμο να εισέλθει στον κύλινδρο

βελτιώνοντας την ιπποδύναμη του κινητήρα.

Το σύστημα οδοντοτροχού (εικόνα 2.10) του εκκεντροφόρου περιέχει

συστοιχίες ελασμάτων που χρησιμοποιούν την πίεση λαδιού σαν ¨σφήνα¨

έναντι των ελασμάτων που περιστρέφουν τον εκκεντροφόρο, επιτυγχάνοντας

την αύξηση ή τη μείωση της γωνίας του.

Εικόνα 2.10 Σύστημα οδοντωτού τροχού



Όταν το λάδι πηγαίνει στην πλευρά επιτάχυνσης πάνω στα ελάσματα

τότε ο οδοντοτροχός μπορεί να στρέψει τον εκκεντροφόρο μέχρι και 21 μοίρες

δεξιόστροφα. Όταν το λάδι πηγαίνει στην πλευρά επιβραδύνσης πάνω στα

ελάσματα, τότε ο οδοντοτροχός αρχίζει να περιστρέφει τον εκκεντροφόρο

αριστερόστροφα έως τις 0 μοίρες όπου είναι η φυσιολογική θέση όταν η μηχανή

δεν έχει φορτίο ή δουλεύει στο ρελαντί.

Λέγοντας χρονισμό (εικόνα 2.11) εννοούμε τις χρονικές περιόδους που

οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής είναι ανοικτές καθώς και τη χρονική στιγμή

που ανοίγουν και κλείνουν. Δηλαδή το πότε θα συμβαίνει αυτό όχι απαραίτητα

κατά το μέγιστο άνοιγμα τους το οποίο ονομάζεται OVERLAP.

Εικόνα 2.11 Διάγραμμα χρονισμού (overlap) Με το να αυξάνουμε ή να μειώνουμε την γωνία του εκκεντροφόρου

ουσιαστικά καταφέρνουμε να ανοίγουμε και να κλείνουμε τις βαλβίδες

εισαγωγής σε διαφορετικές χρονικές στιγμές σε σχέση με τις βαλβίδες

εξαγωγής.

Όταν ο εκκεντροφόρος εισαγωγής βρίσκετε στις 0 μοίρες και ως εκ

τούτου όταν το πιστόνι βρίσκετε στο ανώτατο σημείο οι βαλβίδες εισαγωγής

αλλά και εξαγωγής είναι κλειστές. Δηλαδή δεν υπάρχει το λεγόμενο OVERLAP.

Αν ο εκκεντροφόρος εισαγωγής είχε διαφορετική γωνία, δηλαδή αν σε μία

δεδομένη χρονική στιγμή ο λοβός πάνω στον εκκεντροφόρο που πατάει την

βαλβίδα για ν’ ανοίξει δεν βρισκόταν στο σημείο που βρίσκετε θα



παρατηρούσαμε ότι θα υπήρχαν στιγμές όπου οι βαλβίδες εισαγωγής κι

εξαγωγής θα ήταν ταυτόχρονα ανοιχτές.

Το όλο λοιπόν σκηνικό μας εξυπηρετεί κυρίως σε χαμηλές και υψηλές

στροφές όπου στις μεν σταθεροποιείτε η απόδοση του κινητήρα και στις δε

λόγω του πολύ γρήγορου ρυθμού κίνησης του εμβόλου παρέχεται

καθυστέρηση στο κλείσιμο των βαλβίδων εισαγωγής, επιτρέποντας τη σωστή

ποσότητα καυσίμου να μπει στον κύλινδρο.

Αναλύοντας λίγο παραπάνω, ο κινητήρας VVT-i αποσκοπεί στη

βελτίωση των επιδόσεων, την οικονομία και τις εκπομπές ρύπων, μέσω του

έλεγχου της σταδιακής κατάργησης, το χρονοδιάγραμμα των εκκεντροφόρων

του κινητήρα.

Εικόνα 2.12 Άνοιγμα-κλείσιμο βαλβίδων σε διαφορετικες χρονικές στιγμές

2.2.3 Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα

Τα πλεονεκτήματα του κινητήρα VVT-i είναι τα εξής :

Μεγαλύτερη ροπή στρέψης.

Μεγάλη επιτάχυνση.

Μεγάλη οικονομία καυσίμου.

Πιο ολοκληρωμένη καύση που έχει ως αποτέλεσμα λιγότερες εκπομπές ρύπων.

Το μειονέκτημα του κινητήρα VVT-i είναι ότι έχει φτωχότερο μίγμα με το

οποίο λειτουργεί ο κινητήρας και προκαλεί απώλειες ισχύος.



2.2.4 VVTL-i Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥ VVT-i

Το VVΤL-ί θεωρείται ένα από τα πιο εξελιγμένα συστήματα μεταβλητού

χρονισμού που υπάρχουν σήμερα. Η λειτουργία του περιλαμβάνει

συνεχόμενο μεταβλητό χρονισμό, μεταβλητή βύθιση σε δύο στάδια, μαζί με

μεταβλητή διάρκεια βύθισης των βαλβίδων, ενώ επιπλέον είναι τοποθετημένο

στους εκκεντροφόρους εισαγωγής κι εξαγωγής. Θα μπορούσε να θεωρηθεί

συνδυασμός του υπάρχοντος VVT-i και του VTEC της Χόντα, παρότι ο

μηχανισμός για τη βύθιση των βαλβίδων διαφέρει από αυτόν της Χόντα.

Εικόνα 2.13 Βύθισμα βαλβίδων VVTL-i

Όπως και στο VVT-i , ο χρονισμός επιτυγχάνεται αλλάζοντας τη γωνία

του εκκεντροφόρου μέσω υδραυλικού μηχανισμού. Το σημαντικότερο είναι

όμως το ευρύ φάσμα μεταβολής της φάσης του εκκεντροφόρου, που φτάνει τις

εξακόσα και το καθιστά ένα από τα πιο αποτελεσματικά συστήματα. Αυτό που

κάνει τη διαφορά μεταξύ του VVΤL-i και του VVTL-i είναι το γράμμα Ι (Lίft) για τη

μεταβλητή βύθιση των βαλβίδων. Όπως και το VTEC της Χόντα, το σύστημα

της toyota χρησιμοποιεί ένα μονό ζύγωθρο, για την κίνηση και των δύο

βαλβίδων εισαγωγής (ή εξαγωγής). Επίσης, ο εκκεντροφόρος σε κάθε θέση

έχει δύο έκκεντρα με διαφορετική διατομή: ένα με μεγάλη διατομή για

μεγαλύτερη διάρκεια και βύθιση βαλβίδων, που ενεργεί στις υψηλές στροφές

κι ένα με μικρή διατομή για τις χαμηλές στροφές. Στις χαμηλές στροφές, το



«αργό» έκκεντρο θέτει σε κίνηση το ζύγωθρο, ενώ το μεγάλο έκκεντρο δεν

έχει καμία επίδραση, καθώς υπάρχει κενό κάτω από το έμβολο στο οποίο

ενεργεί. Όταν, όμως, οι στροφές του κινητήρα ξεπεράσουν ένα συγκεκριμένο

όριο, ένας πίρος μετακινείται με υδραυλική πίεση και καλύπτει το κενό,

ενεργοποιώντας το «γρήγορο» έκκεντρο που αυξάνει τη βύθιση, ενώ η

µεγαλύτερη επιφάνεια του εµβόλου που ενεργεί αυξάνει τη διάρκεια.

2.2.5 ΤΑ ΣΤΑΔΙΑ ΚΑΙ ΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ 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

απ’ 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 600. Συνεπώς είναι µάλλον το

τελειότερο σύστηµα µεταβολής της φάσης.

2.3 VANOS ΤΗΣ BMW

Ορισμένα απ’ τα συστήματα VVT εναλλαγής φάσης έχουν τοποθετηθεί

και στον εκκεντροφόρο των βαλβίδων εξαγωγής. Ένα απ’ αυτά τα συστήματα

είναι το διπλό VANOS της BMW. Το σύστημα αυτό έχει έναν μηχανισμό

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 3.200 κυβικών εκατοστών που

κινεί την BMW M3 του 1998, έχουμε διπλό VANOS και ¨ειδική απόδοση¨

100PS/λίτρο. Ωστόσο στον κινητήρα των 3.000 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 (εικόνα 2.14).

Εικόνα 2.14 Διάγραμμα λειτουργία VANOS της BMW.

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 τετρακύλινδρο κινητήρα 1.000cc του Toyota

Yaris αλλά και στον θηριώδη V12 των 6.000cc της Lamborghini Diablo GT.



Εικόνα 2.15 Το VANOS της BMW.

Στην παραπάνω (εικόνα 2.15) φαίνετε 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, θα 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 απ’ το

υγρό που γεμίζει τον κύλινδρο. Ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες ελέγχουν τη ροή

του υγρού προς τις δυο περιοχές του κυλίνδρου, ελέγχοντας μ’ 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 αλλάζει τη φάση του

εκκεντροφόρου.

2.4 ROVER VVC

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 κλιμακωτη διάρκεια στη βύθιση των βαλβίδων.



Ο µηχανισµός και η φιλοσοφία 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

τέταρτος κύλινδρος του κινητήρα των 1.800cc διαθέτει δυο δίσκους,

των οποίων η έκκεντρη περιστροφή επιτρέπει µε κατάλληλες διατάξεις τον

έλεγχο και τη µεταβολή του χρονισµού και της διάρκειας των βαλβίδων.

Εικόνα 2.16 Σύστημα rover vvc

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 Ηονετ, Φαίνεται καθαρά η ελεγχόµενη και µεταβαλλόµενη διαφορά

στη διάρκεια των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής η οποία επιτυγχάνεται

μόνο με το σύστημα αυτό.



Εικόνα 2.17 Διάγραμμα VVC της ROVER

2.5 PORCHE VARIOCAM

Το σύστημα μεταβλητού χρονισμού της Porsche, Variocam Plus (εικόνα

2.18) είναι εξέλιξη του απλού Variocam που πρωτοπαρουσιάστηκε το 1991

στον κινητήρα της Porsche 968, αλλά και σ’ αυτόν της Boxter. Το νέο Variocam

Plus παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το 2000 τοποθετημένο στον κινητήρα 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.

Εικόνα 2.18 Λειτουργία του συστήματος Variocam Plus.



Όσο για το μηχανισμό της βύθισης και της διάρκειας των βαλβίδων,

αυτός είναι εν μέρει διαφορετικός απ’ τους υπόλοιπους VVT. Αποτελείται από

έναν εκκεντροφόρο μ’ 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 τις στροφές λειτουργίας του κινητήρα, εμπλέκονται ή

απεμπλέκονται τα άγρια έκκεντρα (εικόνα 2.19).

Εικόνα 2.19 Έκκεντρα του συστήματος Variocam Plus.

Το Variocam Plus προκάλεσε μεγάλο θαυμασμό, λόγω του ότι διαθέτει

τον πιο απλό, μικρό κι 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

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.

2.6 NISSAN NEO VVL.

Πρόκειται για ένα σύστημα μεταβολής του χρονισμού των βαλβίδων της

εισαγωγής αλλά και της εξαγωγής κατασκευασμένο απ’ την Ιαπωνική

αυτοκινητοβιομηχανία Nissan (εικόνα 2.20). 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.

Εικόνα 2.20 Κινητήρας Nissan VVL.

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 αποτέλεσμα να

δημιουργούνται κατάλληλες συνθήκες για λειτουργία στις μεσαίες στροφές.





3.1 Ρύθμιση βυθίσματος βαλβίδων

3.1.1 Valvetronic (Σύστημα βυθίσματος βαλβίδων της Bmw)

Tο Valvetronic (εικόνα 3.1) είναι το νέο σύστημα που χρησιμοποιεί

σήμερα η BMW στους τετρακύλινδρους κινητήρες των 1.800cc σειράς 3

Compact, από το 2005. Η καινοτομία του συστήματος ήταν ότι το Valvetronic

καταργούσε το κλασικό σύστημα γκαζιού με πεταλούδα.

Είναι ουσιαστικά ένα σύστημα μεταβλητού χρονισμού των βαλβίδων

εισαγωγής, όχι όμως μόνο ως προς το χρόνο που παραμένουν ανοικτές, αλλά

και ως προς το βύθισμά τους. Θα μπορούσε να θεωρηθεί εξέλιξη του

συστήματος Vanos, που ήδη χρησιμοποιεί η BMW σε όλους τους κινητήρες της.

Η διαφορά του με αυτό εντοπίζεται στο γεγονός ότι το Vanos μπορεί να

μεταβάλλει μόνο το χρονικό διάστημα που παραμένουν ανοικτές οι βαλβίδες και

όχι το βύθισμά τους.

Mια άλλη διαφορά από αντίστοιχα συστήματα μεταβλητού χρονισμού και

βυθίσματος των βαλβίδων, άλλων αυτοκινητοβιομηχανιών, είναι ότι ο

χρονισμός και το βύθισμα μεταβάλλονται σε όλο το εύρος των στροφών, ενώ,

για παράδειγμα, το V-Tec της Honda ή το VVTL-i της Toyota, που "φορά" η

Celica T-Sport, αρχίζουν να λειτουργούν πάνω από κάποιο όριο -υψηλών-

στροφών και δίνουν την αίσθηση υπερτροφοδοτούμενου κινητήρα.Tο συμβατικό

σύστημα με την πεταλούδα προκαλούσε αρκετή απώλεια ισχύος. H πεταλούδα

ουσιαστικά είναι ένας ρυθμιστής παροχής του αέρα που εισέρχεται στην

πολλαπλή εισαγωγής του κινητήρα και συνδέεται με το pedal του γκαζιού, με

μηχανικό ή ηλεκτρονικό τρόπο.

Όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε πλήρη ισχύ, τότε η πεταλούδα βρίσκεται

σε οριζόντια σε σχέση με τη ροή του αέρα θέση, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα

της μέγιστης παροχής αέρα και καυσίμου. Όταν όμως σηκώσουμε το πόδι από

το γκάζι, η πεταλούδα κλείνει "πνίγοντας" ουσιαστικά τον κινητήρα, ενώ όταν

είναι πλήρως ανοιχτή έχουμε τη μέγιστη απόδοση, αλλά αυτό συμβαίνει με



απώλειες και με ταυτόχρονη αύξηση της κατανάλωσης. Aυτό που κατάφεραν οι

μηχανικοί της BMW είναι ν’ αντικαταστήσουν τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί

η πεταλούδα, εξαλείφοντας τα βασικά της μειονεκτήματα.

Η αντικατάσταση αυτή δεν θα ήταν εφικτή, αν δεν είχε βρεθεί ο τρόπος

ώστε να μεταβάλλεται συνεχώς η ρύθμιση του χρονισμού και του ανοίγματος

των βαλβίδων εισαγωγής του κινητήρα. Aυτό κατέστη δυνατό με την προσθήκη

της μεταβολής του βυθίσματος της βαλβίδας, που ρυθμίζει ανάλογα την ενεργή

κίνηση του εκκεντροφόρου και στη διάρκεια του ανοίγματος αλλά και στο

βύθισμα, σε συνάρτηση με τις συνθήκες.O κύριος λόγος που οδήγησε τους

μηχανικούς της BMW στη δημιουργία του Valvetronic είναι ότι δεν υπήρχε

δυνατότητα περαιτέρω μείωσης της κατανάλωσης, ακόμα και με τη χρήση

συστημάτων μεταβλητού χρονισμού των βαλβίδων, τα οποία όλο και

περισσότερες αυτοκινητοβιομηχανίες τοποθετούν στους κινητήρες τους.

Εικόνα 3.1 Σύστημα Valvetronic

Ένα από τα πλεονεκτήματα που προσφέρει το Valvetronic είναι η κατά

10% χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου, συγκρίσιμη μ’ εκείνη ενός κινητήρα

diesel. Επιπρόσθετα, το Valvetronic δεν επηρεάζεται από την ποιότητα του

καυσίμου και των διαφόρων προσθέτων, ειδικά του θείου (S), που υπάρχει στη

βενζίνη και λειτουργεί το ίδιο ομαλά. Στο σημείο αυτό, το Valvetronic υπερέχει

σε σχέση με τα συστήματα άμεσου ψεκασμού βενζίνης, γιατί αυτά επηρεάζονται

από την ποιότητα των καυσίμων, όσον αφορά στους εκπεμπόμενους ρύπους,

ενώ το Valvetronic δεν χρειάζεται υψηλές πιέσεις για τον ψεκασμό, αρκούμενο

σε δύο έως τρία bar, σε αντίθεση με τους κινητήρες άμεσου ψεκασμού που

χρειάζονται πιέσεις της τάξης των 200bar. O κινητήρας με το Valvetronic



καλύπτει τις προδιαγραφές ρύπων EU4.Στα πλεονεκτήματα του Valvetronic

περιλαμβάνονται μεταξύ άλλων η πολύ ομαλή λειτουργία του κινητήρα όταν

είναι κρύος, η πολιτισμένη "συμπεριφορά" σε όλο το εύρος των στροφών και η

άμεση απόκριση, όποτε αυτή χρειάζεται. O πρώτος κινητήρας στον οποίο

χρησιμοποιήθηκε αυτό το σύστημα ήταν αυτός των 1.800cc., που κινεί την 316i

Compact. Η απόδοσή του είναι 115 ίπποι στις 5.500rpm. και 173Nm ροπής στις

3.750rpm και κατασκευάζοταν στο εργοστάσιο του Hamshall στη M. Bρετανία.

Όπως φαίνεται και στο σχετικό διάγραμμα ισχύος-ροπής(εικόνα 3.2), οι

καμπύλες είναι πολύ καλές, παρ΄ όλο που ως απόλυτα νούμερα δεν

εντυπωσιάζουν όπως θα περίμενε κανείς από ένα τόσο εξελιγμένο σύστημα.

Αξιοσημείωτο στοιχείο αποτελεί η επίτευξη αυτών των τιμών ισχύος και ροπής

με πολύ χαμηλή για τη χωρητικότητα του κινητήρα κατανάλωση, που η BMW

υπολογίζει στα 6,9 λίτρα/100χλμ.

Εικόνα 3.2 Διάγραμμα ροπής-ισχύος

3.1.1.2 Περιγραφή λειτουργίας του Valvetronic

Για να καταλάβουμε καλύτερα τη σύγκριση της λειτουργίας του

Valvetronic(εικόνα 3.3) με αυτήν της πεταλούδας, θα θεωρήσουμε πρότυπο τον

ανθρώπινο οργανισμό. Όταν κουράζεται ή ασκείται, αναπνέει πιο έντονα,

(ανοιχτή πεταλούδα-υψηλές στροφές κινητήρα), ενώ όταν είναι ήρεμος, δεν

κλείνει τη μύτη του, όπως κάνει η πεταλούδα στον κινητήρα. Επίσης όταν

αφήνουμε το γκάζι απλώς αναπνέει σε πιο αραιά διαστήματα, όπως επιτρέπει



το Valvetronic στον κινητήρα.Στο νέο σύστημα της BMW o εκκεντροφόρος δεν

έρχεται σε άμεση επαφή με τις βαλβίδες, όπως συμβαίνει σ’ όλους τους

κινητήρες, κι αυτό διότι δεν θα ήταν δυνατή η συνεχής ρύθμιση του βυθίσματος

λόγω της κατασκευής των εκκέντρων. Μεταξύ του εκκεντροφόρου που κινεί τις

βαλβίδες εισαγωγής, παρεμβαίνουν ενδιάμεσοι βραχίονες και άξονες που

κινούν τις βαλβίδες, αντί αυτού. Aυτοί οι ενδιάμεσοι βραχίονες είναι

τοποθετημένοι κάθετα σε συνέχεια του εκκεντροφόρου. Ανάμεσα στους

βραχίονες αυτούς και στα ζύγωθρα που τελικά κινούν τις βαλβίδες βρίσκονται

τα πέδιλα. Το κάτω άκρο του βραχίονα στηρίζεται στο ζύγωθρο, ενώ το άνω

άκρο του οδηγείται από έναν έκκεντροφόρο άξονα μέσω ενός δεύτερου

πέδιλου.

Εικόνα 3.3 Λειτουργία Valvetronic

Όταν γυρνά ο εκκεντροφόρος, ο ενδιάμεσος βραχίονας κινείται σαν

εκκρεμές που ουσιαστικά λόγω της μικρής γωνίας κίνησης του εκκρεμούς

θεωρείται ευθύγραμμη. Aυτή η ευθύγραμμη κίνηση μετατρέπεται σε κάθετη

εξαιτίας των πολλών βαθμών ελευθερίας που έχουν οι βραχίονες. Θα

παρομοιάζαμε αυτήν την κίνηση με το σχήμα ενός μπούμερανγκ. Όταν η γωνία

του μπούμερανγκ μετακινήσει το πέδιλο του βραχίονα τότε πιέζει το βραχίονα

προς τα κάτω κινεί το ζύγωθρο κι ανοίγει ή κλείνει τη βαλβίδα.

Στο όλο σύστημα βέβαια υπάρχει κι ένας ηλεκτροκινητήρας που κινεί τον

έκκεντρο άξονα και κατ' επέκταση και τον ενδιάμεσο βραχίονα. O



ηλεκτροκινητήρας είναι απαραίτητος γιατί το όλο σύστημα βασίζεται στην

ακρίβεια και στην ταχύτητα. Tο βύθισμα της βαλβίδας κυμαίνεται μεταξύ 0 και

9,7 χιλιοστών και ο ηλεκτροκινητήρας χρειάζεται 300 χιλιοστά του

δευτερολέπτου για να κινήσει τη βαλβίδα μεταξύ των δύο ακραίων θέσεων. Ίδιο

χρόνο χρειάζεται και η μεταβολή του εκκεντροφόρου άξονα κατά 60 μοίρες.

Kατ' επέκταση απαιτούνται πολύ ισχυρά υπολογιστικά συστήματα για

τον έλεγχο του Valvetronic. Έτσι, το η συνολική λειτουργία του συστήματος

ελέγχεται από μία κεντρική μονάδα 32bit στα 40MHz.

3.1.2 Σύστημα βυθίσματος βαλβίδων Valvematic της Toyota

Το σύστημα Valvematic(εικόνα 3.4) αποτελείται από έναν ενεργοποιητή,

ο οποίος οδηγεί το στέλεχος ελέγχου, τον μηχανισμό μεταβλητής βαλβίδας

ανύψωσης για κάθε κύλινδρο και τον έκκεντρο μηχανισμό VVT-i. Το ηλεκτρικά

ενεργοποιημένο σύστημα VVT-i αλλάζει την επαγωγή του αέρα

προσαρμόζοντας αυτόματα το μήκος του σωλήνα σύμφωνα με το rpm,

δουλεύοντας έτσι σε χαμηλότερες στροφές και θερμοκρασίες κινητήρα απ' ότι

ένα συμβατικό υδραυλικό σύστημα.

Εικόνα 3.4 Σύστημα Valvematic.

Ο μηχανισμός μεταβλητής βαλβίδας ανύψωσης αποτελείται από 4 μέρη:

το έλκυστρο του βραχίονα μεταφέρει την ενέργεια απ' τον εκκεντροφόρο άξονα,

2 έκκεντρα ταλάντευσης συνδέουν τους βραχίονες κίνησης κυλίνδου και τον

ολισθητή, τα οποία περιέχουν την ελικοειδή αυλάκωση, που μεταφέρει την



περιστροφική ισχύ του βραχίονα ελκύστρου στο έκκεντρο ταλάντευσης. Ο

ολισθητής συνδέεται στο στέλεχος ελέγχου και συνδέει την κίνηση στην

κατεύθυνση του άξονα του στελέχους ελέγχου. Η φάση του έλκυστρου του

βραχίονα και των έκκεντρων ταλάντευσης αλλάζει με τη δράση της ελικοειδούς

αυλάκωσης.

3.1.2.1 Λειτουργία του Valvematic

Επειδή η γωνία περιστροφής του μεταβλητού βραχίονα και του

έκκεντρου είναι πάντα ομοειδής, η έκταση στην οποία η κίνηση του έλκυστρου

του βραχίονα έρχεται σ’ επαφή με το έκκεντρο ταλάντευσης, αλλάζει. Η

έκκεντρη επιφάνεια της έκκεντρης ταλάντευσης αποτελείται από ένα κομμάτι

μη-ανύψωσης κι ένα κομμάτι ανύψωσης. Μπορεί ν' αλλάξει το ύψος βαλβίδας

ανύψωσης απ' το 1 χιλιοστόμετρο στα 11 χιλιοστόμετρα. Η βαλβίδα ανύψωσης

και η βαλβίδα συγχρονισμού καθορίζονται βάσει της καλύτερης απόδοσης

καυσίμου. Ο στόχος της γωνίας της βαλβίδας του διαφράχτη υπολογίζεται για

καλύτερη ροή αέρα για υψηλότερη επίδοση. Για να ελαχιστοποιηθεί η

διακύμανση εισαγωγής ροής αέρα,οι ενεργοποιητές λειτουργούν συνεχώς.

Επιπλέον, αναπτύχθηκε μια τεχνική για τη διατήρηση της συνεχούς ροής

αέρα χρησιμοποιώντας μοντελοποίηση συστήματος εγκαθίδρυσης κομματιών

που συμπεριλαμβάνει καθαριστή αέρα, βαλβίδα διαφράχτη, υδατόπυγρο,

σωλήνα εισαγωγής και βαλβίδα εισαγωγής. Σύμφωνα μ' έναν εκπρόσωπο της

εταιρείας, χρησιμοποιώντας το Valvematic, η βαλβίδα ανύψωσης για

μεγαλύτερη οικονομία καυσίμου και ισχύος πέρα από κάθε λειτουργικό εύρος

μπορεί να επιλεχθεί.



Εικόνα 3.5 Λειτουργία συστήματος Valvematic Κατά την διάρκεια συνθηκών ελαφρού φορτίου (βαλβίδα 1

χιλιοστόμετρου), ο διαφράχτης εισαγωγής χρησιμοποιείται για τον πιο ακριβή

έλεγχο του όγκου της ροής αέρος. Για μεσαία ως μεγάλα φορτία, ο διαφράχτης

εισόδου είναι εντελώς ανοιχτός και ο όγκος ροής αέρα ελέγχεται απ' τη βαλβίδα

ανύψωσης. Οι απώλειες άντλησης μειώνονται κατά μήκος όλου του εύρους του

φορτίου.

'Οταν συνδιάζεται με τη μεταβλητή βαλβίδα συγχρονισμού, αυτός ο

μηχανισμός επιτρέπει στην ακολουθία ανοίγματος και κλεισίματος της βαλβίδας

να ελέγχεται ανεξάρτητα. Ο μηχανισμός βαλβίδας συγχρονισμού γίνεται από

υδραυλική πίεση λαδιού, κι έτσι εμφανίζει μια μικρή καθυστερημένη

ανταπόκριση σε σύγκριση με την ηλεκτρο-μηχανική κίνηση του μηχανισμού

βαλβίδας ανύψωσης. Ενώ ο συγχρονισμός μεταξύ της βαλβίδας ανύψωσης και

της βαλβίδας συγχρονισμού είναι επιθυμητός για μερική επικάλυψη της

βαλβίδας, η καθυστερημένη ανταπόκριση συγχρονισμού μπορεί να προκαλέσει

υπερβολική επικάλυψη, γεγονός που έχει αρνητικό αποτέλεσμα στην οικονομία

καυσίμου και στην οδηγησιμότητα.

Σ' αυτή την περίπτωση, η πρόσθετη γωνία διαφράχτη χρησιμοποιείται

για να διατηρηθεί η οδηγησιμότητα. Και χρησιμοποιώντας την απόδοση

ελέγχου απ 'την βαλβίδα ανύψωσης, θα μπορούσε να δοθεί μια καλή

ανταπόκριση σε παροδική περίσταση επειδή δεν υπάρχει εισαγωγή όγκου μετα

τον μηχανισμό ελέγχου. Όταν εφαρμόζεται σε 2.0-litre straight-four Naturally-

Aspirated gasoline engine, το Valvematic παρέχει, σύμφωνα με τον

εκπρόσωπο της εταιρείας, μείωση στην κατανάλωση καυσίμου μέχρι 10%,

βελτίωση απόδοσης ισχύος μέχρι 10%, ενισχυμένη παροδική ανταπόκριση και

μειώνει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Θα είναι διαθέσιμο απ' την αρχή

του επόμενου χρόνου στις εκδόσεις 1.8 λίτρων και 2.0 λίτρων του νέου Avensis.

3.2. Τεχνολογία Multiair της FIAT

3.2.1 Γενικά

Κατά την τελευταία δεκαετία η ανάπτυξη της τεχνολογίας Common Rail

για τους πετρελαιοκινητήρες έχει σηματοδοτήσει μία σημαντική εξέλιξη στην

αγορά των επιβατικών αυτοκινήτων, τοποθετώντας ταυτόχρονα τη Fiat Group



στην πρωτοπορία της τεχνολογίας των κινητήρων ντίζελ. Για να είναι αντίστοιχα

ανταγωνιστική και στον τομέα των βενζινοκινητήρων, η Fiat Group αποφάσισε

ν’ ακολουθήσει την ίδια προσέγγιση και να εστιάσει σε επαναστατικές

τεχνολογίες, ώστε να προσφέρει στους πελάτες της ένα κορυφαίο συνδυασμό

οικονομίας καυσίμου και οδηγικής απόλαυσης.

Εικόνα 3.6 Κινητήρας τεχνολογίας Multiair

Η παράμετρος-κλειδί για τον έλεγχο της καύσης των πετρελαιοκινητήρων

κι επομένως της απόδοσης, των εκπομπών ρύπων και της κατανάλωσης

καυσίμου είναι η ποσότητα και τα χαρακτηριστικά του καυσίμου που ψεκάζεται

μέσα στους κυλίνδρους.

Η αντίστοιχη παράμετρος-κλειδί για τον έλεγχο της καύσης των

βενζινοκινητήρων κι επομένως της απόδοσής τους, των εκπομπών ρύπων και

της κατανάλωσης καυσίμου είναι η ποσότητα και τα χαρακτηριστικά του αέρα

εισαγωγής. Η Fiat λοιπόν φέρνει στο προσκήνιο τους κινητήρες MultiAir(εικόνα

3.6). Αυτή η νέα τεχνολογία εξελίχθηκε από τη Fiat Powertrain Technologies

(FPT) και ουσιαστικά πρόκειται για μια νέα τεχνολογία ηλεκτρο-υδραυλικής

μεταβλητής ενεργοποίησης των βαλβίδων εισαγωγής.

3.2.2 Ανάλυση Τεχνολογίας Multiair

Το νέο Fiat Punto Evo αποτελεί το πρώτο πεδίο εφαρμογής του

ριζοσπαστικού μηχανικού συνόλου 1.4 MultiAir, που σηματοδοτεί μια νέα γενιά

κινητήρων τεχνολογίας MultiAir, που είναι εξελιγμένη και πατενταρισμένη από



την FTP – Fiat Powertrain Technologies – και η οποία θα αποτελέσει

χαρακτηριστικό όλων των κινητήρων του ομίλου Fiat. Διαθέσιμος σε δύο

εκδοχές απόδοσης (105 hp και 135 hp), ο νέος κινητήρας αλλάζει το σκηνικό

των κινητήρων βενζίνης. Συγκρινόμενοι με αντίστοιχου κυβισμού μηχανικά

σύνολα συμβατικής τεχνολογίας, οι κινητήρες MultiAir προσφέρουν

εντυπωσιακή αύξηση της ισχύος (πάνω από 10%) και της ροπής (πάνω από

15%), σε συνδυασμό πάντα με χαμηλή κατανάλωση (τουλάχιστον -10%) και

περιορισμένες εκπομπές ρύπων (-10% σε CO2, -40% στα σωματίδια και -60%

σε ΝΟx).

Καρδιά της τεχνολογίας MultiAir είναι ένα νέο ηλεκτροϋδραυλικό

σύστημα ελέγχου των βαλβίδων εισαγωγής που καταργεί την κλασική

πεταλούδα γκαζιού(εικόνα 3.7). Το σύστημα MultiAir επενεργεί στις βαλβίδες

εισαγωγής με τη βοήθεια εμβόλων που κινούνται από μηχανικά έκκεντρα και

είναι συνδεδεμένα με τις βαλβίδες μέσω υδραυλικών θαλάμων, οι οποίοι

ελέγχονται από σωληνοειδείς βαλβίδες. Όταν αυτές είναι κλειστές, το λάδι που

υπάρχει μέσα στους υδραυλικούς θαλάμους συμπεριφέρεται σαν ένα συμπαγές

σώμα και μεταφέρει στις βαλβίδες εισαγωγής τις κινήσεις εκκέντρων, τις οποίες

ακολουθούν οι βαλβίδες όπως στα συμβατικά συστήματα. Όταν ανοίγουν οι

σωληνοειδείς βαλβίδες, οι βαλβίδες εισαγωγής στους κυλίνδρους δεν

ακολουθούν πλέον τις κινήσεις των έκκεντρων αλλά κινούνται με διαφορετικό

«πρόγραμμα», ανάλογα με τις απαιτήσεις της οδήγησης.



Εικόνα 3.7 Τεχνολογία Multiair

Ο κινητήρας 1.4 MultiAir Turbo των 135 ίππων εγγυάται πως το Fiat

Punto Evo διαθέτει το ταμπεραμέντο ενός σπορ και ισορροπημένου

αυτοκινήτου με εξαιρετικά χαρακτηριστικά ροπής, σε συνδυασμό πάντα με

σεβασμό για το περιβάλλον εναρμονισμένος με τις προδιαγραφές ρύπων Euro

5. Οι επιδόσεις είναι εκρηκτικές. Τα 0-100 χλμ / ώρα έρχονται σε μόλις 8,5’’ και

η τελική ταχύτητα φτάνει τα 200 χλμ./ώρα (205 για την έκδοση Sport).

H υπεροχή του υπερσύγχρονου κινητήρα όμως αντανακλάται και στις

χαμηλές εκπομπές CO2 (129 γρ/χλμ), αλλά και την κατανάλωση των μόλις 5,6

λίτρων ανά 100 χλμ. Ισορροπημένη απόδοση και υπεροχή αποτελούν τα

χαρακτηριστικά και της έκδοσης 1.4 MultiAir των 105 ίππων, που αποτελεί την

καλύτερη επιλογή στην κατηγορία. Εναρμονισμένος κι αυτός με τις

προδιαγραφές Euro 5, ο κινητήρας εμφανίζει κορυφαίες επιδόσεις απόδοσης

(0-100 χλμ./ώρα σε 10,8’’ και τελική ταχύτητα 185 χλμ./ώρα) και οικολογίας

(134 γρ/χλμ CO2 και μέση κατανάλωση 5,7 λίτρων ανά 100 χλμ).

Στις ίδιες κατευθύνσεις υψηλής απόδοσης και οικολογικού χαρακτήρα

κινούνται και οι δεύτερης γενιάς πετρελαιοκινητήρες Multijet, που προσφέρουν



επίσης μειωμένα κόστη, με κέρδη στην κατανάλωση, στις εκπομπές, στο

θόρυβο και τους κραδασμούς και στην οδηγησιμότητα. Αυτό έχει γίνει εφικτό

χάρη σ’ ένα νέο ψεκασμό common rail που προσφέρει μείωση της

κατανάλωσης κατά 2% και μειωμένες εκπομπές CO2. Η καινοτομία της Fiat

καλείται να δώσει λύση σε ένα από τα μειονεκτήματα των βενζινοκινητήρων

όπου το 10% της παραγόμενης ενέργειας σπαταλάται στην άντληση της

απαιτούμενης ποσότητας του αέρα από τη χαμηλής πίεσης εισαγωγή, στην

ατμοσφαιρική πίεση της εξαγωγής. Η μάζα του αέρα που εισέρχεται στους

κυλίνδρους ελέγχεται μέσω μιας «πεταλούδας» ενώ το άνοιγμα των βαλβίδων

εισαγωγής είναι σταθερό.

Με το σύστημα Multiair γίνεται δυνατός ο έλεγχος του ανοίγματος των

βαλβίδων ώστε να εξασφαλίζεται ο απόλυτος έλεγχος της μάζας του αέρα

εισαγωγής ανεξάρτητα για κάθε ένα κύλινδρο, αλλά και σε κάθε φάση

λειτουργίας του κινητήρα.

3.2.3 Alfa Romeo MiTo 1.4 "MultiAir"

Η Alfa Romeo, που αποτελούσε πάντοτε ένα συνώνυμο της κορυφαίας

μηχανολογίας και των κινητήρων υψηλής απόδοσης, παρουσιάζει με

υπερηφάνεια το επαναστατικό σύστημα MultiAir που εξέλιξε η Fiat Powertrain

Technologies.

Ο πρώτος κινητήρας αυτής της επαναστατικής οικογένειας είναι ο

MultiAir 1.4 ( εικόνα 3.8) , ο οποίος κάνει την παγκόσμια πρώτη του εμφάνιση

στην Alfa Romeo MiTo και μάλιστα διατίθεται σε τρία διαφορετικά επίπεδα

ισχύος (105 - 135 - 170 ίπποι), που πληρούν τις προδιαγραφές εκπομπής

ρύπων Euro5.



Εικόνα 3.8 Κινητήρας Alfa Romeo Mito 1.4

Οι δυο πρώτοι κινητήρες MultiAir που θα τοποθετηθούν στην Alfa

Romeo MiTo είναι ο 1.4 με απόδοση 135 ίππων που αναμένεται τον Νοέμβριο

και ο 1.4 με 105 ίππους ο οποίος όμως δεν προβλέπεται να εισαχθεί στην

ελληνική αγορά.

Στη συνέχεια θα ακολουθήσει το λανσάρισμα του κινητήρα 1.4 MultiAir

TurboBenzina (εικόνα 3.9) με ισχύ 170 ίππων, ο οποίος θα ολοκληρώσει την

γκάμα κινητήρων βενζίνης της Alfa Romeo MiTo και θα είναι διαθέσιμος στην

ολοκαίνουργια έκδοση «Quadrifoglio Verde». Παράλληλα, η μικρή Alfa Romeo

θα διατηρήσει στην γκάμα της τον υπάρχοντα κινητήρα 1.4 TurboBenzina 155

ίππων (Euro5), όπως και τον ατμοσφαιρικό των 95 ίππων (Euro5),

προσφέροντας με αυτό τον τρόπο μια πιο προσιτή εναλλακτική. Περνώντας σε

πιο λεπτομερή στοιχεία, ο 1.4 TurboBenzina των 135 ίππων εγγυάται τις

επιδόσεις και το ταμπεραμέντο ενός σπορ αυτοκινήτου, σχεδιασμένου για

καταναλωτές που επιθυμούν οδηγική απόλαυση και μικρή κατανάλωση

καυσίμου.

Πίσω από αυτά τα χαρακτηριστικά «κρύβεται» η υψηλή και πάντα

διαθέσιμη ροπή του κινητήρα, η οποία αφενός είναι υπεύθυνη για την άμεση

απόκριση στο γκάζι και την ελαστικότητα και από την άλλη εξασφαλίζει



εκπληκτικές επιδόσεις χωρίς ν’ απαιτεί μεγάλες ποσότητες καυσίμου. Ο

κινητήρας των 135 ίππων χαρίζει στη MiTo κορυφαία τελική ταχύτητα κι

επιτάχυνση για την κατηγορία της (τελ. 207 km/h, 0-100 km/h σε 8,4''). Ακόμα

είναι εξαρχής εξελιγμένος, ώστε να λειτουργεί σε συνεργασία με το Alfa DNA,

επιτρέποντας την πλήρη εκμετάλλευση των εξαιρετικών δυναμικών

χαρακτηριστικών της Alfa MiTο. Οι πολύ καλές επιδόσεις συνοδεύονται από

σεβασμό στο περιβάλλον και περιορισμένη κατανάλωση καυσίμου. Οι

εκπομπές CO2 είναι μόλις 129 gr/km, ενώ η κατανάλωση στο συνδυασμένο

κύκλο δοκιμών είναι 5,6 lt/100 km.

Εικόνα 3.9 Κινητήρας Alfa Romeo Mito TurboBenzina

Ο MultiAir των 170 ίππων είναι όμως εκείνος που χαρίζει στη Mito τις πιο

εκρηκτικές επιδόσεις (εικόνα 4.4). Ο κινητήρας αυτός προσφέρεται

αποκλειστικά στην έκδοση Quadrifoglio Verde, σηματοδοτώντας την

επανεμφάνιση ενός από τα ιστορικά σύμβολα που αγαπήθηκαν περισσότερο

από τους φίλους της Alfa σ’ όλον τον κόσμο. Η MiTo των 170 ίππων αποτελεί

μια νέα αντίληψη της σπορ οδήγησης, συνδυάζοντας την οδηγική απόλαυση με

οικολογική συνείδηση. Στα εντυπωσιακά χαρακτηριστικά του μοντέλου

περιλαμβάνεται ο εξαιρετικός λόγος των 6,7 κιλών ανά ίππο που εγγυάται τις



πιο εκρηκτικές επιδόσεις, καθώς και η ειδική ισχύς των 124 ίππων/λίτρο που

δεν έχει προηγούμενο σε αυτή την κατηγορία, αλλά ούτε στην ιστορία της Alfa

Romeo. Ο 1.4 MultiAir TurboΒenzina των 170 ίππων συνδυάζεται μ’ ένα νέο

6τάχυτο κιβώτιο που εξασφαλίζει ταχύτατες αλλαγές και μικρές διαδρομές. Οι

εκπομπές ρύπων CO2 είναι 139 g/km και η κατανάλωση στον αυτοκινητόδρομο

4,8 lt/100 km, τιμή που περιμένει κανείς από ένα όχημα πόλης και όχι από ένα

αυτοκίνητο επιδόσεων που καλύπτει το 0-100 km/h σε μόλις 7,5''.

Η Alfa Romeo MiTo «Quadrifoglio Verde» προσφέρεται και με τη νέα

ενεργητική ανάρτηση, η οποία ρυθμίζοντας ηλεκτρονικά τα αμορτισέρ μειώνει

τις κινήσεις του αμαξώματος σε όλες τις συνθήκες και εξασφαλίζει κορυφαία

πρόσφυση και οδηγησιμότητα, ενώ παράλληλα αυξάνει τα επίπεδα

παρεχόμενης άνεσης και ασφάλειας.

Όλοι οι κινητήρες MultiAir ενσωματώνουν το «Start & Stop» αυξάνοντας

περαιτέρω τη χρηστικότητα και την οικονομία καυσίμου της γκάμας, αλλά και το

Gear Shift Indicator (GSI) που συμβουλεύει τον οδηγό ποια είναι η

ενδεδειγμένη σχέση που πρέπει να επιλεγεί στο κιβώτιο για να επιτύχει τη

βέλτιστη οικονομία καυσίμου. Τα μυστικά της τεχνολογίας MultiAir, η

παράμετρος-κλειδί για τον έλεγχο της καύσης των βενζινοκινητήρων και

επομένως της απόδοσής τους, των εκπομπών ρύπων και της κατανάλωσης

καυσίμου, είναι η ποσότητα και τα χαρακτηριστικά του μίγματος αέρα/καυσίμου.

Στους συμβατικούς βενζινοκινητήρες η μάζα του αέρα που εισέρχεται στους

κυλίνδρους ελέγχεται διατηρώντας σταθερό το άνοιγμα των βαλβίδων

εισαγωγής και ρυθμίζοντας την πίεση στο κύκλωμα εισαγωγής του αέρα μέσω

μίας «πεταλούδας».

Ένα από τα μειονεκτήματα αυτού του απλού συμβατικού συστήματος

είναι το ότι ο κινητήρας ξοδεύει περίπου το 10% της παραγόμενης ενέργειας

στην άντληση της απαιτούμενης ποσότητας του αέρα από τη χαμηλής πίεσης

εισαγωγή στην ατμοσφαιρική πίεση της εξαγωγής. Με στόχο να επιτευχθεί ο

καλύτερος δυνατός έλεγχος του ανοίγματος των βαλβίδων, ώστε να

εξασφαλίζεται ο απόλυτος έλεγχος της μάζας του αέρα εισαγωγής ανεξάρτητα

για κάθε ένα κύλινδρο, αλλά και σε κάθε φάση λειτουργίας του κινητήρα, η Fiat



Powertrain Technologies εξέλιξε μία τεχνολογία ηλεκτρο-υδραυλικής

μεταβλητής ενεργοποίησης των βαλβίδων εισαγωγής με την ονομασία MultiAir.

3.3.4 Λειτουργία Ηλεκτρο-υδραυλικών Βαλβίδων

Το σύστημα επενεργεί στις βαλβίδες εισαγωγής με τη βοήθεια εμβόλων

(εικόνα 3.10) που κινούνται από μηχανικά έκκεντρα (εικόνα 3.11) και είναι

συνδεδεμένα με τις βαλβίδες μέσω υδραυλικών θαλάμων, οι οποίοι ελέγχονται

από σωληνοειδείς βαλβίδες.

Εικόνα 3.10 Έμβολο-Βαλβίδες τεχνολογίας MultiAir

Όταν αυτές είναι κλειστές, το λάδι που υπάρχει μέσα στους υδραυλικούς

θαλάμους συμπεριφέρεται σαν ένα συμπαγές σώμα και μεταφέρει στις βαλβίδες

εισαγωγής τις κινήσεις έκκεντρων, τις οποίες ακολουθούν οι βαλβίδες όπως στα

συμβατικά συστήματα. Όταν ανοίγουν οι σωληνοειδείς βαλβίδες, οι βαλβίδες

εισαγωγής στους κυλίνδρους δεν ακολουθούν πλέον τις κινήσεις των έκκεντρων

αλλά κινούνται με διαφορετικό «πρόγραμμα», ανάλογα με τις απαιτήσεις της

οδήγησης.



Όταν, λοιπόν, είναι επιθυμητή η μέγιστη ισχύς, οι σωληνοειδείς βαλβίδες

είναι πάντα κλειστές και το πλήρες άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής στους

κυλίνδρους επιτυγχάνεται ακολουθώντας πλήρως το «πρόγραμμα» των

έκκεντρων (εικόνα 3.11), το οποίο είναι ειδικά σχεδιασμένο έτσι ώστε να

μεγιστοποιεί την ισχύ στις υψηλές στροφές του κινητήρα (μεγάλη χρονική

διάρκεια ανοίγματος των βαλβίδων). Για ροπή στις χαμηλές στροφές, οι

σωληνοειδείς βαλβίδες ανοίγουν σε τέτοια χρονική στιγμή που να επιτρέπουν

το πρόωρο κλείσιμο των βαλβίδων εισαγωγής. Αυτό εξαλείφει την ανεπιθύμητη

ανάστροφη ροή του αέρα μέσα στην πολλαπλή εισαγωγής και μεγιστοποιεί την

μάζα του αέρος που «παγιδεύεται» μέσα στους κυλίνδρους.

Εικόνα 3.11 Μηχανικά έκκεντρα MultiAir

Στη λειτουργία με μερικό φορτίο του κινητήρα οι σωληνοειδείς βαλβίδες

ανοίγουν νωρίτερα, προκαλώντας μερικό άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής και

ελέγχοντας τη μάζα του «παγιδευμένου» στους κυλίνδρους αέρα ανάλογα με

την επιθυμητή ροπή. Επίσης, αν κλείσουν οι σωληνοειδείς βαλβίδες μόλις

ξεκινήσει η επενέργεια των έκκεντρων στις βαλβίδες εισαγωγής, η ροή του αέρα

επιταχύνεται και έχει σαν αποτέλεσμα τον υψηλότερο στροβιλισμό μέσα στον

κύλινδρο.



Οι τελευταίοι δύο τρόποι ενεργοποίησης μπορούν να συνδυαστούν μέσα

στην ίδια φάση της εισαγωγής, δημιουργώντας ένα τρόπο λειτουργίας που

λέγεται «πολλαπλού ανοίγματος» και βελτιώνει το εύρος του στροβιλισμού και

της καύσης σε πολύ χαμηλά φορτία.

Συνοψίζοντας, η ευελιξία και η ταχύτητα απόκρισης που εγγυάται το

σύστημα MultiAir, επιτρέπει τον έλεγχο του φορτίου του κινητήρα μέσω των

βαλβίδων εισαγωγής, εξαλείφοντας τη χρήση της «πεταλούδας» προς όφελος

της αποτελεσματικότητας της καύσης στη λειτουργία με μερικό φορτίο, και κατά

συνέπεια προς όφελος της κατανάλωσης.

3.3.5 Πλεονεκτήματα – Μειονεκτήματα Τεχνολογίας Multiair

Τα πλεονεκτήματα είναι :

• Αύξηση μέχρι και 10% της μέγιστης ισχύος.

• H ροπή στις χαμηλές στροφές βελτιώνεται μέχρι και 15%.

• Μείωση της κατανάλωσης και των εκπομπών CO2 έως και 10% τόσο σε

ατμοσφαιρικούς όσο και σε κινητήρες turbo.

• Μείωση της κατανάλωσης και των εκπομπών CO2 ως και 25% με τη

χρησιμοποίηση κινητήρων turbo μικρότερου κυβισμού αντί για συμβατικούς

ατμοσφαιρικούς κινητήρες με τα ίδια επίπεδα επιδόσεων.

• Μείωση των εκπομπών των υπόλοιπων ρύπων εκτός του CO2 ως και 40%

για τα HC/CO και 60% για τα NOx.

• Καλύτερη απόκριση λόγω της σταθερής πίεσης του αέρα και του καλύτερου

έλεγχου της μάζας του ανεξάρτητα για κάθε ένα κύλινδρο, αλλά και σε κάθε

φάση λειτουργίας του κινητήρα.

Το βασικότερο μειονέκτημα είναι ότι: O κινητήρας σπαταλάει περίπου το

10% της παραγόμενης ενέργειας στην άντληση της απαιτούμενης ποσότητας

του αέρα από τη χαμηλής πίεσης εισαγωγή στην ατμοσφαιρική πίεση της



εξαγωγής. Στόχος είναι να επιτευχθεί ο καλύτερος δυνατός έλεγχος του

ανοίγματος των βαλβίδων ώστε να εξασφαλίζεται ο απόλυτος έλεγχος της

μάζας του αέρα εισαγωγής ανεξάρτητα για κάθε ένα κύλινδρο, αλλά και σε κάθε

φάση λειτουργίας του κινητήρα.

3.3.6 Εφαρμογή τεχνολογίας Multiair

Η τεχνολογία του ηλεκτρονικού ελέγχου των βαλβίδων Multiair μπορεί να

εφαρμοστεί σε όλους τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, ανεξάρτητα από το τι

καύσιμο καίνε.

Η πρώτη παγκόσμια εφαρμογή της τεχνολογίας Multiair θα είναι στους

ατμοσφαιρικούς και υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες Fire 1400 κ.εκ. 16V. Η

δεύτερη εφαρμογή είναι ένας νέος μικρός δικύλινδρος βενζινοκινητήρας 900

κ.εκ., επίσης σε ατμοσφαιρική και υπερτροφοδοτούμενη έκδοση, όπου η

σχεδίαση της κυλινδροκεφαλής έχει βελτιστοποιηθεί ειδικά για την ενσωμάτωση

του συστήματος Multiair. Μία ειδική έκδοση αυτοτροφοδοτούμενου κινητήρα θα

είναι διπλού καυσίμου (βενζίνης-φυσικού αερίου).

Στους diesel, το σύστημα μπορεί να βελτιώσει την ανακύκλωση

καυσαερίων για τη μείωση των NOx μέχρι και κατά 60% επιτρέποντας τον

καλύτερο έλεγχο των βαλβίδων κατά τη διάρκεια της εκκίνησης με ψυχρό

κινητήρα και της προθέρμανσης, με αποτέλεσμα μία μείωση των εκπομπών

ρύπων έως και 40% για τους HC και το CO.

3.3.7 Συμπεράσματα

Η τεχνολογία του ηλεκτρονικού ελέγχου των βαλβίδων Multiair μπορεί να

εφαρμοστεί σε όλους τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, ανεξάρτητα από το τι

καύσιμο καίνε. Το σύστημα Multiair αρχικά εξελίχθηκε για τους βενζινοκινητήρες

και τις παραλλαγές τους που καίνε από φυσικό αέριο μέχρι υδρογόνο, αλλά έχει

πολύ ευρεία προοπτική και για μείωση των εκπομπών ρύπων των

πετρελαιοκινητήρων, βελτιώνοντας την ανακύκλωση καυσαερίων για τη μείωση

των NOx μέχρι και κατά 60% και επιτρέποντας τον καλύτερο έλεγχο των

βαλβίδων κατά τη διάρκεια της εκκίνησης με ψυχρό κινητήρα και της

προθέρμανσης, με αποτέλεσμα μία μείωση των εκπομπών ρύπων έως και 40%



για τους HC και το CO. Μια επιπλέον σημαντική μείωση μπορεί να προέλθει

από την πιο αποτελεσματική διαχείριση και αναγέννηση του φίλτρου

σωματιδίων και του καταλύτη αποθήκευσης των NOx, χάρη στον καλύτερο

έλεγχο της ροής του αέρα κατά τη διάρκεια της μεταβατικής λειτουργίας του

κινητήρα.

Η τεχνολογία ΜultiAir βασίζεται στον άμεσο έλεγχο της εισαγωγής του

αέρα -ανεξαρτήτως γωνίας ανοίγματος της πεταλούδας γκαζιού- ξεχωριστά σε

κάθε κύλινδρο και ξεχωριστά σε κάθε κύκλο καύσης, μειώνοντας έτσι την

κατανάλωση και τις εκπομπές CO2 έως 10% και αυξάνοντας την ισχύ και την

ροπή κατά 10% και 15% αντίστοιχα.

Επιπλέον, όλες οι ρυπογόνες για το περιβάλλον εκπομπές καυσαερίων

μειώνονται με τον προσεκτικό έλεγχο της καύσης. Η τεχνολογία MultiAir είναι

ιδιαίτερα ευέλικτη και ευπροσάρμοστη, γεγονός που της επιτρέπει να

εφαρμοστεί σε όλους τους κινητήρες βενζίνης και να μπορεί να εξελιχθεί στο

εγγύς μέλλον για κινητήρες πετρελαίου.

3.4 Το σύστημα PatAir

Το σύστημα PatAir λειτουργεί είτε ελέγχοντας την ποσότητα του

εξερχόμενου αέρα (pattakon Outgoing Air Control), είτε ελέγχοντας τον

εισερχόμενο αέρα (Fiat Ingoing Air Control ή MultiAir). Στη λειτουργία με έλεγχο

του εξερχόμενου αέρα (Outgoing Air Control), όσο πιο αργά κλείνει η βαλβίδα

εισαγωγής σε τόσο περισσότερο "εξερχόμενο" αέρα επιτρέπεται να το σκάσει

από τον κύλινδρο και να επιστρέψει πίσω στην πολλαπλή εισαγωγής καθώς το

έμβολο κινείται προς το ΑΝΣ (Ανω Νεκρό Σημείο) κατά τον κύκλο συμπίεσης.

Ο κινητήρας του Toyota Prius (που δουλεύει σύμφωνα με τον κύκλο

Attkinson/Miller με υπερ-αποτόνωση) (εικόνα 3.12) λειτουργεί σύμφωνα με ένα

περιορισμένο τέτοιο κύκλο, επιτρέποντας σε ένα σημαντικό ποσοστό του

γεμίσματος να επιστρέφει στην πολλαπλή εισαγωγής. Στη λειτουργία με έλεγχο

του εξερχόμενου αέρα, το κενό μέσα στον κύλινδρο (που αυξάνει τις απώλειες

αναρρόφησης, που αυξάνει τη θερμοκρασία του κύκλου και που μειώνει τη

θερμική απόδοση) αποφεύγεται. Το καθυστερημένο κλείσιμο της βαλβίδας

εισαγωγής αφήνει λιγότερο χρόνο στο στροβιλισμό και στην ακατάστατη κίνηση

του γεμίσματος για να ηρεμήσουν πριν την καύση, κι έτσι επιταχύνεται η καύση.



Και όσο γρηγορότερη είναι η καύση, τόσο πιο αποδοτική και καθαρή γίνεται η

λειτουργία του κινητήρα. Η βελτιωμένη ομοιογένεια του γεμίσματος, λόγω του

ότι μπαίνει και βγαίνει στον κύλινδρο μερικές φορές πριν τελικά καεί, βελτιώνει

παραπάνω την ποιότητα της καύσης.

Εικόνα 3.12 Λειτουργια κινητήρα Toyota prius

Θερμοδυναμικά ο κύκλος Pattakon (έλεγχος του εξερχόμενου αέρα)

(εικόνα 3.13) είναι διαφορετικός από τον κύκλο του Fiat MultiAir (που βασίζεται

στον έλεγχο του εισερχόμενου αέρα). Το σύνολο των διαθέσιμων τρόπων

λειτουργίας του PatAir είναι ένα υπερσύνολο των διαθέσιμων τρόπων

λειτουργίας του MultiAir. Το PatAir μπορεί να κάνει κάθε τι που κάνει το MultiAir,

και πολλά παραπάνω. Για να αναβαθμιστεί ένας MultiAir κινητήρας σε PatAir,

όλο κι όλο που χρειάζεται είναι ένα διαφορετικό προφίλ του έκκεντρου

εισαγωγής (με κατεργασία, για παράδειγμα, του υπάρχοντος εκκεντροφόρου

και ένας επαναπρογραμματισμός της μονάδας ελέγχου). Μετά ο κινητήρας

μπορεί να λειτουργεί επιλεκτικά είτε σύμφωνα με τον αρχικό κύκλο Fiat MultiAir,

είτε με τον Pattakon PatAir.



Εικόνα 3.13 Θερμοδυναμικός κύκλος Pattakon

Το PatAir είναι άμεσα εφαρμόσιμο επειδή δεν χρειάζεται τίποτε

περισσότερο από τα εξαρτήματα του MutliAir, που σήμερα είναι πια σε μαζική

παραγωγή. Όμως τα πράγματα σηκώνουν βελτίωση. Το υγρό ωστήριο που

παρεμβάλλεται μεταξύ του έκκεντρου και της βαλβίδας στο MultiAir (και στο

PatAir) εξομαλύνει τη ράμπα του ανοίγματος της βαλβίδας εισαγωγής και

αυξάνει την αδράνεια του συστήματος (λάδι, έμβολα λαδιού, επίπλέον ελατήρια

επαναφοράς κλπ) κατά το άνοιγματης βαλβίδας. Για κανονικούς κινητήρες αυτό

είναι ένας λογικός συμβιβασμός. Αλλά για υψηλής απόδοσης κινητήρες

(σούπερ αυτοκίνητα, αγωνιστικά αυτοκίνητα, σπορ αυτοκίνητα, μοτοσικλέτες

κλπ) το μηχανικό άνοιγμα (άγριο άνοιγμα) των βαλβίδων εισαγωγής είναι όπως

και η χαμηλή αδράνεια. Η ευαισθησία στη διαρροή λαδιού και στη ρευστότητα

του λαδιού είναι σημαντικά προβλήματα. Κι ακόμα, για να ελέγξει μια βαλβίδα

εξαγωγής το υδραυλικό σύστημα του Fiat MultiAir (αλλά και του pattakon

PatAir) υπόκειται σε πολύ ισχυρότερα φορτία κατά τη διάρκεια του ανοίγματος

(εξαιτίας της πίεσης μέσα στον κύλινδρο ακριβώς πριν το άνοιγμα). Τα

πράγματα γίνονται ακόμα πιο ζόρικα στην περίπτωση υπερπλήρωσης.

To σύστημα PattAir (με δύο "t") (εικόνα3.14) της pattakon μπορεί να

μοιάζει, αλλά είναι διαφορετικό από το MultiAir και το PatAir.

Εικόνα 3.14 Σύστημα pattair

H βαλβίδα ανοίγει καθαρά μηχανικά (μιας και δεν παρεμβάλλεται υγρό

ωστήριο ανάμεσα στο έκκεντρο και στη βαλβίδα). Η ράμπα ανοίγματος είναι



όσο άγρια μπορεί να γίνει στους κανονικούς κινητήρες. Μόνο κατά τη διάρκεια

του κλεισίματος της βαλβίδας μπαίνει στο παιχνίδι το υδραυλικό σύστημα και

καθυστερεί ελεγχόμενα το κλείσιμο της βαλβίδας. Ο κινητήρας λειτουργεί με

έλεγχο του εξερχόμενου αέρα. Αν χρειάζεται, το PattAir μπορεί να ελέγχει και τις

βαλβίδες εξαγωγής χωρίς υπερφόρτιση του υδραυλικού συστήματος, γιατί η

ζόρικη δουλειά του αρχικού ανοίγματος της βαλβίδας εξαγωγής γίνεται

μηχανικά.

Στο PattAir το υδραυλικό σύστημα δρα σαν ένα φρένο ή αποσβεστήρας

(και όχι σαν ένας μεταφορέας μηχανικής δράσης ανάμεσα στο έκκεντρο και στη

βαλβίδα, που είναι αυτό που συμβαίνει στο MultiAir και στο PatAir). Κατά τη

διάρκεια του ανοίγματος της βαλβίδας ο αποσβεστήρας γεμίζει με λάδι και δεν

φορτίζει αδρανειακά το μηχανισμό ανοίγματος της βαλβίδας. Κατά το κλείσιμο

της βαλβίδας ο αποσβεστήρας αντιστέκεται στην επαναφορά της βαλβίδας

μέχρις ότου η σωληνοειδής βαλβίδα να ανοίξει, επιτρέποντας στο λάδι να

διαφύγει από τον αποσβεστήρα και στη βαλβίδα να κλείσει.

Καθώς η βαλβίδα πλησιάζει στην έδρα της, το άνοιγμα μέσω του οποίου

το λάδι διαφεύγει από τον αποσβεστήρα μειώνεται σταδιακά, επειδή το έμβολο

λαδιού καλύπτει σταδιακά το άνοιγμα, επιτρέποντας την ομαλή προσγείωση της

βαλβίδας στην έδρα της κάτω από όλες τις συνθήκες λειτουργίας. Με άλλα

λόγια, η ομαλή προσγείωση της βαλβίδας στην έδρα της είναι ένα εγγενές /

ενσωματωμένο χαρακτηριστικό του PattAir (δεν χρειάζονται δηλαδή πρόσθετα

εξαρτήματα ούτε αυξάνεται η πολυπλοκότητα). Στο PattAir το φρένο, ή

αποσβεστήρας, μπορεί να δρα σε σημαντικά μικρότερο άνοιγμα (βύθισμα) από

το μέγιστο άνοιγμα (βύθισμα) της βαλβίδας, πράγμα σημαντικό γιατί

βελτιώνεται η ασφάλεια λειτουργίας του συστήματος και γιατί αυξάνεται το

ασφαλές όριο στροφών του κινητήρα. Για παράδειγμα, σε κινητήρα που οι

βαλβίδες μπορούν να διατηρηθούν ανοιχτές στα 5mm χωρίς να "βρίσκουν" στο

έμβολο (τσέπες βαλβίδων στην κορώνα του εμβόλου), ο αποσβεστήρας μπορεί

να κρατά ανοιχτές τις βαλβίδες στα 5mm για όσο είναι απαραίτητο χωρίς

προβλήματα αξιοπιστίας, ακόμα και σε περίπτωση μηχανικής, υδραυλικής ή

ηλεκτρικής δυσλειτουργίας. Aπo την ενέργεια που καταναλώθηκε για τη

συμπίεση των ελατηρίων των βαλβίδων, ο εκκεντροφόρος του PattAir ανακτά

μεγαλύτερο ποσοστό: ο αποσβεστήρας μπαίνει στο παιγνίδι στα μεσαία-



χαμηλά βυθίσματα όπου η δύναμη από το ελατήριο της βαλβίδας είναι

σημαντικά ασθενέστερη. Εάν είναι επιθυμητό, το PattAir μπορεί

χρησιμοποιώντας μια και μόνο σωληνοειδή βαλβίδα να ελέγξει και τους

τέσσερις κυλίνδρους ενός τετρακύλινδρου τυπικού κινητήρα, με κάθε κύλινδρο

να ελέγχεται ανεξάρτητα (δηλαδή με το χρονισμό της μοναδικής σωληνοειδούς

βαλβίδας να ρυθμίζεται από την μονάδα ελέγχου ανεξάρτητα για τον κάθε

κύλινδρο). Αυτή η διάταξη θυμίζει το common-rail (κάτι σαν μοίρασμα στο

χρόνο, ή χρονομίσθωση, της σωληνοειδούς βαλβίδας ανάμεσα σε τέσσερις

κυλίνδρους).

Εικόνα 3.15 Σύστημα βυθίσματος βαλβίδων pattair

Αυτή η τεχνική (εικόνα 3.15) ταιριάζει ακόμα καλύτερα στον δικύλινδρο

(όχι στον τετρακύλινδρο) Fiat MultiAir με τα κομβία του στροφαλοφόρου στις

360 μοίρες. Ο κινητήρας μπορεί να λειτουργήσει σύμφωνα με τον MultiAir

κύκλο έχοντας μόνο μια σωληνοειδή βαλβίδα για να ελέγχει ανεξάρτητα και

τους δυο κυλίνδρους. Από την άλλη, κάθε βαλβίδα μπορεί να έχει τη δική της

σωληνοειδή βαλβίδα ελέγχου Για την εκκίνηση απαιτείται πολύ λιγότερη ροπή

από ότι στον κλασσικό και στον MultiAir κινητήρα, δηλαδή το PattAir και το

PatAir χρειάζονται πολύ μικρότερη μίζα και μπαταρία (και start-stop σύστημα,

αν υπάρχει). Η χειροκίνητη εκκίνηση είναι επίσης μια δυνατότητα, ειδικά για

τους κινητήρες μοτοσικλετών (επειδή η λειτουργία με έλεγχο του εξερχόμενου

αέρα δρα και σαν ένας αποδοτικός αποσυμπιεστής κατά τη διάρκεια της

εκκίνησης).

Εάν είναι επιθυμητό η ανακύκλωση καυσαερίων (EGR) μπορεί να

ελέγχεται με το PattAir και να δρα στις βαλβίδες εξαγωγής. Η ελεγχόμενη

προπορεία του κλεισίματος της εξαγωγής πριν το AΝΣ (κύκλος εξαγωγής)

επιτρέπει σε ένα ελεγχόμενο ποσό καυσαερίων να παραμείνει μέσα στον

κύλινδρο για τον επόμενο κύκλο λειτουργίας. Επί πλέον το PattAir μπορεί να



ελέγχει το φορτίο (ή τον πραγματικό λόγο συμπίεσης) ενός κινητήρα άμεσου

ψεκασμού δρώντας αποκλειστικά στις βαλβίδες εξαγωγής: ανοίγοντας τις

βαλβίδες εξαγωγής μετά το ΚΝΣ (κύκλος συμπίεσης) ένα μέρος του αέρα που

μπήκε στον κύλινδρο διαφεύγει στην εξαγωγή. Σε αυτή την περίπτωση το

προφίλ του έκκεντρου εξαγωγής αποτελείται από ένα κανονικό λοβό (για την

εξαγωγή των καυσαερίων μετά την καύση) και ένα βοηθητικό λοβό (για τον

έλεγχο της ποσότητας του αέρα που θα εγκλωβιστεί μέσα στον κύλινδρο πριν

τη συμπίεση). Οι βαλβίδες εξαγωγής και ο κύλινδρος ψύχονται εσωτερικά, το

γέμισμα είναι ψυχρότερο τη στιγμή που ξεκινάει η συμπίεση, η πολλαπλή

εισαγωγής είναι ψυχρότερη, δεν υπάρχει παλινδρόμηση αέρα μεταξύ της

πολλαπλής εισαγωγής και του κυλίνδρου, κλπ. Δηλαδή με το PattAir να δρα

αποκλειστικά στις βαλβίδες εξαγωγής ενός κινητήρα με άμεσο ψεκασμό, και το

EGR και το φορτίο (ή ο αληθινός λόγος συμπίεσης) μπορούν να ελεγχθούν

αποδοτικά και με ακρίβεια, ανεξάρτητα σε κάθε κύλινδρο, χωρίς καμιά

υπερφόρτιση του υδραυλικού συστήματος. Παρακάτω είναι η εφαρμογή του

PattAir σε ένα V-8 κινητήρα. Ο χώρος είναι περισσότερος από όσος χρειάζεται

για το μηχανισμό και τις σωληνοειδείς βαλβίδες (που δεν δείχνονται). Τα νέα

καπελότα (bucket lifters, γαλάζια) σχηματίζουν, μαζί με τους οδηγούς των

καπελότον (μπλέ), τους θαλάμους λαδιού. Οι μικροί πράσινοι κύλινδροι

ανάμεσα στα καλάμια (push rods) και στα καπελώτα είναι οι υδραυλικοί (ή

μηχανικοί) ρυθμιστές διακένου βαλβίδων. Πεταλούδα δεν χρειάζεται.

Εικόνα 3.16 Λειτουργία βαλβίδων pattair

Παρακάτω είναι η εφαρμογή του PattAir σε ένα B16A VTEC

κινητήρα(εικόνα 3.16). Το VTEC είναι απενεργοποιημένο. Το τριών κομματιών

βαρύ κοκοράκι (αριστερά) έχει αντικατασταθεί από ένα μονοκόμματο ελαφρού



κράματος με ρουλεμάν για ακόλουθο έκκεντρου. Η υπάρχουσα εσοχή, όπου

καθόταν το ελατήριο επαναφοράς για το μεσαίο κοκοράκι του VTEC,

χρησιμοποιείται τώρα για το θάλαμο λαδιού (γαλάζιος). Το έμβολο λαδιού

(μπλε) συνδέεται με το κοκοράκι με μια συνδετική ράβδο (πράσινη) και

ακολουθεί την κίνησή του χωρίς την ανάγκη ελατήριου επαναφοράς. Ανάλογα

με το χρονισμό της σωληνοειδούς βαλβίδας (που δεν φαίνεται), οι βαλβίδες

μπορούν να μένουν ανοιχτές για όσο είναι αναγκαίο, ώστε να επιτρέπουν σε

ελεγχόμενη ποσότητα αέρα να επιστρέφει στην πολλαπλή εισαγωγής. Οι

βαλβίδες εξαγωγής μπορούν να ελεγχθούν παρόμοια. Σε ψηλές στροφές /

πλήρες φορτίο το υδραυλικό σύστημα απεμπλέκεται. Η πεταλούδα δεν είναι

απαραίτητη.

Εικόνα 3.17 Σύστημα pattair σε κινητήρες VTEC

Ο συνδυασμός του ελέγχου του εξερχόμενου αέρα (που βελτιστοποιεί

την αναπνοή και την κίνηση του αέρα μέσα στον κύλινδρο, και που

ελαχιστοποιεί τις απώλειες αναρρόφησης) με Μεταβλητή Συμπίεση (που

βελτιστοποιεί την καύση και τις εκπομπές ρύπων) μπορεί να μετατρέψει το

σημερινό κινητήρα εσωτερικής καύσης σε ένα Κινητήρα Μεταβλητής

Χωρητικότητας (Variable Capacity Engine ή VCE) ικανό να λειτουργεί μόνιμα

στο μέγιστο της θερμικής απόδοσης, όποιο κι αν είναι το φορτίο και οι

στροφές,μη αφήνοντας χώρο για την υβριδική τεχνολογία.



Εικόνα 3.18 Κινητήρας Μεταβλητής Χωρητικότητας

ΕΠΙΛΟΓΟΣ

Το σύστημα μεταβλητού χρονισμού από τα τέλη της δεκαετίας του 1960

που δημιουργήθηκε από τη Fiat μέχρι και σήμερα έχει αλλάξει το σκοπό του

ανάλογα με τις ανάγκες που υπήρχαν σε κάθε εποχή.

Όπως παρατηρήσαμε στα συστήματα μεταβλητού χρονισμού υπάρχουν

κάποια μειονεκτήματα σχεδόν σε όλες τις εταιρείες, κάποια ήταν κοινά, και άλλα

διέφεραν μεταξύ τους.

Στον αντίποδα τα πλεονεκτήματα υπερτερούν σε όλες τις εταιρείες έναντι

των μειονεκτημάτων όπως είναι και το φυσιολογικό. Όμως επειδή η τεχνολογία

του αυτοκινήτου αναπτύσσεται ραγδαία, η βελτίωσής τους θα εξελίσσεται με

την πάροδο του χρόνου ολοένα και περισσότερο με αποτέλεσμα να ευνοείται

συνεχώς ο καταναλωτής.

Στο τρίτο κεφάλαιο αναφέραμε αναλυτικά όλα τα συστήματα, κύρια και

βοηθητικά, στο παρόν και τις λύσειςπου παρέχουν στα προυπάρχοντα

μειονεκτήματα. Η προσπάθεια είναι συνεχής και τα αναμενόμενα αποτελέσματα

για περαιτέρω λύσεις είναι ενθαρρυντικά.

Κλείνοντας,θέλουμε να τονίσουμε,ότι ο μεταβλητός χρονισμός και η

εξέλιξη της τεχνολογίας και τεχνογνωσίας είναι η άμεση λύση για

οικονομικότερη λειτουργία του κινητήρα,τη βελτίωση της απόδοσης ισύος του

και ένα καλύτερο περιβαλλοντικό μέλλον,όσον αφορά την αυτοκίνηση.



ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Τεχνικά Βιβλία

Ανδρινός Νικόλαος, Παναγιωτίδης Παναγιώτης, Παπαδόπουλος

Νικόλαος - Συστήματα αυτοκινήτου Ι, Εκδοτικός Οίκος: Παιδαγωγικό

ινστιτούτο, Έτος έκδοσης: 2001

Αλεξάνδρου Δημήτριος, Γιάννος Γεώργιος, Καπετανάκης Γεώργιος

Συστήματα Αυτοκινήτου ΙΙ, Εκδοτικός Οίκος: Παιδαγωγικό ινστιτούτο, Έτος

έκδοσης: 2001

Ανδρινός Νικόλαος, Παναγιωτίδης Παναγιώτης, Παπαδόπουλος

Νικόλαος - Συστήματα αυτοκινήτου Ι εργαστηριακός οδηγός, Εκδοτικός

Οίκος: Παιδαγωγικό ινστιτούτο, Έτος έκδοσης: 2001

Don Knowles - Συστήματα υπολογιστών & Προηγμένες διαγνωστικές

μέθοδοι στα αυτοκίνητα, Εκδοτικός Οίκος: ΙΩΝ, Έτος έκδοσης: 1997

Bohner Max, Leyer Siegfried, Pichler Wolfram, Saler Wolfgang, Schmidt,

Harro, Siegmayer Paul, Zwickel, Heinz - Τεχνολογία αυτοκινήτου ιι συστήματα

εκδοτικός όμιλος ίων, Έτος έκδοσης: 1995

Budynas. G Richard, Mischke.R Charles, Shigley. E Joseph –

Mechanical engineering Design, Εκδοτικός Οίκος: Mc craw Hill, Έτος

έκδοσης: 2004

http://www.books.gr/SearchTableLookup.aspx?TableId=57&val=17810



Internet Sites

http://www.autotriti.gr

http://www.autospecialist.gr

http://el.wikipedia.org

http://www.michanikos.gr

http://users.sch.gr /anastasopoulos

http://www.autodiagnostic.gr

http://www.caroto.gr

Περιοδικά

Εφημερίδα: “Το συνεργείο του αυτοκινήτου”

Περιοδικό 4 Τροχοί

Auto Moto

Car and Driver

T.E.I. ANATOΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ...

Documents

Transcript of T.E.I. ANATOΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ...