DISTRIBUŢIE VARIABILĂ-SISTEMUL VALVETRONIC
Sistemul Valvetronic ce echipează noile motoare cu patru cilindri a firmei BMW a apărut pe piaţă în luna iunie a anului 2001, o dată cu lansarea modelu modelului lui 316ti 316ti Compac Compact.t. Caract Caracteri eristi stica ca notabi notabilă lă a motor motorulu ului,i, sistem sistemul ul Valvetronic, face din aceasta primul motor din lume fara obturator, funcţia sa fiind inlocuită de ridicarea variabilă a supapelor de admisie.Această inov inovaţ aţie ie repr reprez ezin intă tă un salt salt în isto istori riaa moto motoar arel elor or cu arde ardere re inte intern rnă, ă, comparabil, ca semnificaţie, cu trecerea de la carburator la sistemul de injecţie , de la managementul mecanic al motorului , la cel electr electroni onic.A c.Avan vantaj tajul ul constă constă in reduce reducerea rea semnif semnifica icativ tivăă a consum consumulu uluii de combustibil,combinată cu o scădere a emisiilor poluante, precum si un răspuns mai bun al motorului. Pană acum, procesul de control al distribuţiei gazelor unui motor cu aprindere comandată a fost un compromis intre putere şi cuplu,pe de o parte, şi consum de combustibil, emisii şi confort, pe de altă parte.Comanda variabilă a supapelor a culminat cu sistemul Vanos, produs de BMW, ca cea mai mai sofi sofist stic icat atăă tehn tehnol olog ogie ie de aces acestt ti tip, p, care care redu reduce ce comp compro romi misu sull la minimum, dar nu poate furniza o soluţie completă şi multilaterală. Aceasta deoarece clapeta obturatoatre (clapeta de aer) face imposibila reducerea consumului peste o anumită limită, pentru ca se obstrucţionează admisia liberă a aerului în motor, pentru o gamă largă de regimuri de funcţionare. Pentru a recapitula acest aspect, amintim că obturatorul controlează sarcina motorului. Fără obturator, motorul ar funcţiona la sarcină maximă. Atunci când clapeta de aer nu este complet deschisă, se produce o scădere de putere
şi o creştere de consum, datorată rezistenţei gazodinamice introduse de obturator. Deşi Vanos este capabil sa regleze momentele de deschidere şi închidere ale supapelor, aceasta opţiune de control a motorului are unele limite.
Fig. 1. Schema de principiu al sitemului Valvetronic Specialiştii de la BMW au reuşit să obţină efectul produs de obturator prin înlocuirea acestuia cu un sistem de ridicare variabilă a supapei de admisie, creînd astfel primul sistem de distribuţie variabilă totală, utilizabil la un automobil de serie. Denumit Valvetronic, sistemul are la bază distribuţia variabilă Vanos, care se bucură deja de succes pe piaţă. Acum, sistemul adiţional de ridicare variabilă a supapei de admisie ajustează acţiunea efectivă a camei şi, în consecinţă, aria orificiului oferit de supapa de admisie şi durata de deschidere, funcţie de cerinţele specificate implicate. Reducerea consumului de combustibil, realizată de conceptul de control al sarcinii fără obturator, este de aproixmativ 10%, conform ciclului
EU, şi de cel puţin 10%, în condiţii normale de conducere.Economia creşte cu atat mai mult cu cat şoferul utilizeaza motorul la sarcini şi turaţii reduse. Potenţialul oderit de Valvetronic este mult mai mare decât la alte sisteme de distribuţie variabilă. FUNCŢIONAREA VALVETRONIC În principiu, Valvetronic este format din următoarele componente: arborele de distribuţie al supapelor de admisie, opt pârghii intermediare şi un arbore excentric. Acest modul preasamblat este plasat în chiulasă. Graţie Valvetronic, arborele de distribuţie nu acţioneaza direct asupra culbutorilor, ci prin intermediul unei pârghii intermediare. Spre deosebire de culbutori, care sunt poziţionaţi orizontal
sub arborele de distribuţie, pârghiile
intermediare sunt aşezate vertical, lângă arborele de distribuţie. Ele sunt prevăzute, în partea de mijloc, cu o rolă care urmăreşte profilul camei. Partea de jos a acestora se sprijină pe rola culbutorului, iar cea de sus pe un arbore excentric, tot prin intermediul unei role.
Fig. 2. Succesiunea etapelor de concepere a sistemului Când arborele de distribuţie se roteşte, pârghia intermediară se mişcă asemeni unui pendul. Pentru a converti această mişcare orizontală într-una
verticală, pârghia are un contur cu o formă complexă, comparabilă, la prima vedere, cu un bumerang; jumătatea liniei de contur se mişcă paralel cu colbutorul, cealaltă jumatate este sub un mic unghi. Numai când partea înclinată a conturului acţionează asupra rolei culburatorului, apăsandu-l în jos în timpul procesului, supapa de admisie se deschide. Datorită raportului de transmisie a parghiei, numai jumătate din conturul întregului bumerang este sesizată de către culbutor. Punctul de început şi cel de sfarşit al acestei jumătăţi este determinat de punctul de pivotare al pârghiei. Aici intră în rol arborele excentric, comandat de un electromotor.
Fig. 3. Electromotorul de actionare a sectorului dinţat Atunci când presează pe rola superioară a pârghiei intermediare spre arborele de distribuţie, punctul de pivotare şi, corespunzător, zona efectivă a conturului bumerangului se schimbă în consecinţă. Aceasta înseamnă că înalţimea de ridicare a supapei de admisie poate varia între poziţia închis (doar teoretic) şi poziţia de deschidere maximă, acesta fiind principiul de baza al sistemului Valvetronic. Înalţimea de ridicare a supapei variază între 0 şi 9,7 mm. Motorul electric care reglează arborele excentric, prin intermediul unui angrenaj melcat, are nevoie de doar 300 de milisecunde pentru a se mişca de la
pozoţia de ridicare minumă la cea maximă. În plus, există şi posibilitatea sistemului Vanos, de a roti arborii de distribuţie ai supapelor de admisie şi ai celor de evacuare într-un interval de regaj de 60 de grade RAC.
Fig. 4. Cursa supapei Pentru realizarea reglajelor sunt necesare sisteme de control extrem de puternice. De aceea, Valvetronic are propriul său computer, conectat cu unitatea centrală a motorului, ambele însumând o capacitate de 1,6 Mb. Toate părţile în mişcare ale sistemului de comandă a supapelor sunt optimizate pentru a se reduce masa totală la 82 grame pentru fiecare supapă, stabilind, în acelaşi timp, un record în materie de fricţiune, prin utilizarea rolelor. Valvetronic nu opereză numai cu precizia unui ceasornic, ci este fabricat şi cu această precizie. Pârghiile intermediare sunt turnate printr-un proces special şi apoi prelucrate cu o pricizie întâlnită până acum doar în fabricarea sistemelor de injecţie ale motoarelor diesel. Astfel, forma particulară a pârghiei- conturul bumerangului- este finisată cu o precizie de 8 miimi de milimetru.
AVANTAJE DECISIVE Un alt avantaj al Valvetronic este ca oferă un consum de combustibil comparabil cu cel obţinut de motoarele pe benzină cu injecţie directă, dar fără compromisuri în termeni de emisie. Din acest motiv nu reclamă tehnologia de management a emisiilor poluante, ca motoarele cu injecţie directă. Un alt avantaj este ca motorul cu Valvetronic nu necesită combustibil fără sulf, ca motoarele cu injecţie directă, şi atinge nivele înalte de economicitate, utilizând toata gama de cifre octanice existentă. În afară de aceste remarcabile beneficii în termeni de economie de combustibil, conceptul Valvetronic oferă şi alte avantaje: -pornire excelentă la rece ; -mers liniştit al motorului ; -un răspuns direct şi spontan niciodată atins pană în prezent. Aceste beneficii sunt atribute ale caracteristicilor fundamentale ale noii tehnologii BMW: la sarcini parţiale, motorul Valvetronic lucrează cu ridicări ale supapei de admisie relativ mici, de aproximativ 0,5-2 mm. Când ridicarea supapei este atât de mică, combustibilul intră în camera de ardere printr-un orificiu îngust, permiţând (numai datorită viteyei de curgere) ca amestecul aer / combustibil să se atomizeze în mod ideal, chiar şi în cazul motorului rece. Pulverizarea fină a combustibilului este, de asemenea, condiţia necesara pentru o aprindere şi o ardere rapida şi eficace. În plus există şi avantajul mersului liniştit la sarcini parţiale, deoarece supapele de mişcă uşor în aceste condiţii. Încă un avantaj este spontaneitatea cu care raspunde motorul când şoferul apasă acceleraţia. Aceasta se datorează faptului că managementul sarcinii motorului se realizează chiar la nivelul camerei de ardere,
eliminându-se întârzierea între momentul apasării acceleraţiei şi răspunsul motorului.
Fig. 5. Diagrama de moment Noul motor de patru cilindri produs de BMW impune un standard şi pantru comportamentul la sarcină totală, furnizând astfel performanţe dinamice şi caracteristici neatinse până în prezent. Astfel, puterea motorului de 1.81, care va echipa modelul 316ti, este de 85 kW la 5500 rpm, iar cuplul este de 175Nm la 3750 rpm. Cel puţin 90% din valoarea cuplului este disponibilă într-un interval de turaţii de 3000 rpm. MOTOR ÎN ÎNTREGIME NOU Nu numai chiulasa, dar şi întregul motor are un design total nou, având o gamă largă de caracteristici speciale , în scopul reducerii consumului şi creşterii fiabilităţii. Blocul motorului este fabricat din aluminiu , prin turnare sub presiune,ceea ce permite o reducere a grosimii pereţilor şi o scadere a masei.
Între carter şi baia de ulei există un cadru care conţine cei doi arboride echilibrare, precum şi pompa de ulei, amplasată dedesubt. Aceasta configuraţie face ca întregul mecanism motor să fie compact şi stabil, reducând astfel transmiterea vibraţiilor către alte componente. Toate reperele auxiliare sunt fixate direct pe blocul motor, prin intermediul şuruburilor,fără să mai fie necesare suporturi. Depresiunea necesară funcţionării servofrânei, furnizată de obturator la motoarele convenţionale, este generetă, în acest caz, de o pompă de vacuum, dispusă la capătul axei cu came a supapelor de evacuare. Motorul este totuşi prevăzut cu un tip de obturator, însă acesta îndeplineşte numai funcţii de diagnosticare şi de ventilaţie a rezervorului de combustibil. În condiţii normale de funcţionare, obturatorul rămâne deschis la maximim. Ca la toate motoareleBMW, arborii de distribuţie sunt antrenaţi prin intermediul unui lanţ ce nu necesită întreţinere pe parcursul întregii durate de serviciu a motorului.
Fig. 6. Distributie cu lanţ specifică BMW Orificiile pentru lichidul de răcire, din jurul cămăşilor de cilindri, permit aplicarea unui nou concept de curgere a fluidului, cu numai un sfert din rezistenţa la curgere uzuala. Astfel, nu există circulaţie forţata a
lichidului de răcire prin blocul motor, aceasta fiind asigurată numai de diferenţa de presiune. Ca rezultat, pompa de apă este numai jumătate ca mărime decât uan convenţională, iar puterea absorbită este scăzută cu 60%. Pompa de apă, dispusă pe blocul motor, în partea de ieşire a evacuării, are acţionare comună cu pompa servodirecţiei şi livrează lichid de răcire direct către chiulasă. La chiulasă, lichidul de răcire curge mai întâi către punctele cele mai fierbinţi din zona supapelor de evacuare şi apoi către cele de admisie. Avantajul procesului de curgere este excelenta eficienţă a răcirii, cu temperaturi maxime prin chiulasă cu aproximativ 60 de grade mai reduse decât la un motor cu lichidul de răcire curgând longitudinal de la un capăt la celălalt. Marele avantaj constă în reducerea consumului de combustibil, datorată micşorarii puterii necesară acţionării pompei, şi un control mai bun al detonaţiei,datorat răcirii mai bune a chiulasei. Dispunerea pompei de lichid şi a celei pentru servodirecţie , permiţându-i să funcţioneze cu un consum de putere mai redus. TEHNOLOGIE AVANSATĂ PENTRU COMPONENTE Noul motor BMW oferă ultimele realizări tehnologice şi pentru celelalte componente ale sale. Computerul de bord este un microprocesor de bază al sistemului , care controlează aprinderea , injecţia de combustibil , senzorul de oxigen si alte funcţii auxiliare. Acesta aprvizionează cu date de ieşire un computer de bord prevazut cu un ecran pentru a vizualiza informaţii despre consumul mediu de combustibil , distanta care poate fi parcursă cu combustibilul din rezervor , viteza medie , temperatura exterioară si altele.
Fig. 7. Sistemul de management al motorului DME monitorizează în permanenţă factori cum ar fi temperatura motorului , viteza , cantitate de aer introdusă în motor , compoziţia gazelor arse şi chiar altitudinea. DME analizează parametrii motorului de sute de ori pe secundă pentru a obţine maximul de performanţă si eficienţă. DME are un program de autoprotejare în eventualitatea unei erori electrice.De asemenea este prevăzut cu OBD (on board diagnostic). Cele două sarcini principale ale DME sunt: - Injectarea unei doze optime de combustibil; - A da scânteia la timp. Pentru a putea fi posibile aceaste două condiţii sistemul trebuie să ştie exact parametrii motorului. DME trebuie să se bazeze pe trei lucruri: - cât aer patrunde în camera de ardere; - poziţia clapetei; - turaţia motorului. Folosind informaţia despre cât aer pătrunde în camera de ardere , DME foloseşte o diagamă de consum care determină timpul cât trebuie să stea deschis injectorul in timpul unui ciclu de funcţionare pentru a injecta doza optimă de combustibil.
Pe toată durata admisiei , grosimea jetului de combustibil este modificat (reglat) şi de informaţiile pe care le dă senzorul de oxigen , care este plasat în colectorul de evacuare şi determină concentraţia de oxigen din gazele arse. În cazul unei defecţiuni electrice , DME se poate reconfigura de unul singur prin devierea problemei. Nucleul unui DME este microprocesorul care execută aproximativ două zeci de milioane de operaţii pe secundă. Microprocesoarele sunt proiectate pentru o durată de viaţa de cel puţin o sută cincezeci de mii de ore de funcţionare , în comparaţie cu un automobil în omparaţie cu un automobil care are aproximativ patru mii de ore de funcţionare. Iată doar câteva dintre aceste componente şi caracteristicele lor principale : -control al detonaţiei pentru benzine cu cifra octanică cuprinsă între 87 şi 99 ; -sistem de aprindere fără întreţinere ; -supape cu compensare hidraulică a jocului şi lanţ de distribuţie fără întreţinere; -filtrul de ulei se schimbă prin partea de sus a motorului ; -indicatorul service care avertizează asupra intervalelor de service în funcţie de regimurile în care a fost folosit motorul ; -arbori de echilibrare pentru eliminarea vibraţiilor ; -volant cu doua mase pentru un mers liniştital motorului, mai ales la ralanti ; -arbori de distribuţie prevazuţi cu lagare cu role, pentru reducerea la maximim a frecărilor şi scăderea consumului de combustibil ;
-precatalizatoare dispuse pe galeriile de evacuare, pentru reducerea emisiilor poluante ; -motorul poate fi adaptat să utilizeze hidrogen drept combustibil. PARIU CÂŞTIGAT Noua generatie de motoare BMW este prima pentru care toate componentele au fost proiectate şi construite printr-un proces digital tridimensional. Acesta furnizează o enormă îmbunătăţire a eficienţei, graţie combinaţiei dintre simulări, variaţia parametrilor, realizarea cu prototipuri, stabilirea cu grijă a dimensiunilor şi similarea procesului de asamblare. În domeniul de utilizare relevant, Valvetronic reduce consumul de combustibil cu cel puţin 10%. Datorită celor 115 CP ai motorului, BMW 316ti atinge o viteză maximă de 210 km/h şi înregistrează un consum combinat (conform normelor EU) de 6,9 l/100 km, cu 0,7 l mai puţin decât predecesorul său şi cu 1 l mai mai puţin decât ceilalţi competitoridin clasa sa. Valvetronic este, deasemenea , cea mai semnificativă şi mai remarcabilă tehnologie folosită de BMW pentru atingerea viitoarelor cerinţe privind economia de combustibil ale UE , care impun o reducere a consumului de combustibil la 140 grame de CO2 pe km, până în anul 2008. Pentru a oferi cât mai multor posesori de autoturisme BMW avantajele Valvetronic, motoarele cu 8 şi 12 cilindri vor fi deasemenea convertite la noua tehnologie, până în 2002. Aceasta reflectă filisofia BMW de a furniza cele mai avansate şi competitive tehnologii nu numai pentru cateva modele produse în serie mică, ci şi introducerea acestor noii tehnologii, cât mai repede posibil, pe toate pieţele de pe glob. Aceasta
schimbare de generaţie a motoarelor reprezintă cel mai mare din istoria firmei BMW.
