سیستم CVVT چیست؟ شرح عملکرد و نحوه کارکرد دنده تایم متغیر

CVVT چیست؟ سامانه زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها با تغییر در زمان باز و بسته شدن سوپاپ‌های هوا و دود باعث ارتقای راندمان موتور بنزینی می‌شود. افزایش توان، کاهش مصرف سوخت و آلایندگی از اهداف اصلی این تکنولوژی است. اگر می‌خواهید بدانید نحوه کارکرد و کار دنده سی وی تی EF7 یا سایر خودروهای داخلی چگونه است، این مقاله پاسخ شماست.

پیش از این به معرفی اجزای سیستم تایمینگ متغیر سوپاپ CVVT پرداختیم؛ اما در این بخش به‌طور تخصصی به شرح عملکرد سیستم CVVT و فازهای مختلف کاری آن (مانند آوانس و ریتارد) می‌پردازیم تا با مکانیزم این سیستم هوشمند بهتر آشنا شوید.

نحوه کارکرد و شرح عملکرد سیستم CVVT در موتور EF7 و TU5P

در مقاله” تایمینگ سوپاپ متغیر پیوسته CVVT ” عنوان شد که سیستم‌های CVVT می‌تواند روی میل سوپاپ دود یا هوا و یا هر دو نصب شده باشد. برای اینکه تمامی حالت‌های ممکن مورد بررسی قرار گیرد در اینجا جامع‌ترین حالت یعنی مدلی که هر دو میل سوپاپ دارای سیستم تایمینگ متغیر VVT هستند مورد بررسی قرار می‌گیرد. شکل 1 نمای کلی سیستم CVVT برای دو میل سوپاپ را نشان می‌دهد.

1-ECU موتور 2-سنسور میل سوپاپ 3- فلکه VVT 4- میل سوپاپ 5- شیر OCV 6- اویل پمپ
شکل 1- مدار هیدرولیکی و الکتریکی سیستم CVVT

به‌صورت کلی سه حالت در این سیستم امکان‌پذیر خواهد بود. شکل 2 این حالت را معرفی می‌کند.

شکل 2- حالت‌های ممکن در سیستم CVVT

حالت آوانس (Advance)؛ زودتر باز شدن سوپاپ‌ها در دورهای بالا

همانطور که اشاره شد زمانی که باتوجه‌به اطلاعات دریافتی از سنسور میل سوپاپ و سنسور ناک (Knock) نیاز به آوانس میل سوپاپ (هوا یا دود) وجود دارد. ECM با ارسال سیگنال PWM به واحد شیر OCV باعث حرکت پلانجر شده و مجراهای روغن تغذیه و برگشت و مجاری سمت میل سوپاپ را کنترل می‌کند. (شکل 3)

1- جهت حرکت چرخ‌دنده 2- جهت حرکت روتور (متصل به میل سوپاپ)
شکل 3- ارتباط بین شیر برقی OCV و فلکه VVT در حالت ایجاد آوانس

همانطور که ملاحظه می‌شود مسیر هدایت روغن‌موتور با کمک شیر برقی OCV طوری است که محفظه‌های سمت آوانس را پر می‌کند. روغن داخل محفظه پره را به سمت خلاف جهت حرکت چرخ‌دنده هدایت می‌کند در نتیجه میل سوپاپ که به روتور متصل است نیز کمی در همان جهت حرکت خواهد داشت این کار باعث می‌شود بادامک زودتر به سوپاپ موردنظر رسیده و آن را زودتر باز کند که مرحله آوانس ایجاد می‌شود.

حالت ریتارد (Retard)؛ تاخیر در زمان‌بندی برای پایداری دور آرام

درصورتی‌که باتوجه‌به تحلیل شرایط توسط ECM نیاز به ریتارد کردن سوپاپ وجود داشته باشد. نگاه بر اساس شکل 4 مسیر فشار روغن توسط شیر برقی OCV تغییر کرده و محفظه ریتارد با فشار روغن پر شده و محفظه آوانس تخلیه می‌شود. به‌این‌ترتیب روتور خلاف جهت چرخ‌دنده حرکت کرده و بادامک دیرتر به حالت بعدی باز کردن سوپاپ خواهد رسید.

1- جهت حرکت چرخ‌دنده 2- جهت حرکت روتور (متصل به میل سوپاپ)
شکل 4- ارتباط بین شیر برقی OCV و فلکه VVT در حالت ایجاد ریتارد

حالت تثبیت (Overlap Control)؛ حفظ زمان‌بندی بهینه در شرایط ثابت

درصورتی‌که میزان آوانس یا ریتارد موردنیاز موتور دقیقاً برابر با طراحی بادامک‌ها باشد و نیاز به تغییر آوانس یا ریتارد نباشد. در این صورت شیر برقی OCV طوری قرار می‌گیرد که تعداد محفظه‌های طرفین حفظ شود. این حالت در شکل 5 نشان‌داده‌شده است.

شکل 5- وضعیت تثبیت حرکت روتور نسبت به استاتور (هوزینگ)

کلیه حالات ممکن همین سه حالت خواهند بود اما اینکه میزان آوانس و ریتارد چقدر باشد بر اساس اطلاعات سنسورهای میل سوپاپ و سنسور ناک (Knock) تعریف می‌شود. در ساده‌ترین حالت 4 استراتژی برای آن در نظر گرفته خواهد شد.

استراتژی‌های انواع سیستم تایمینگ متغیر در خودروهای ایران

سیستم زمان متغیر میل سوپاپ CVVT ،زمان‌بندی باز و بسته‌شدن سوپاپ‌های هوا و دود را از طریق اطلاعاتی که از ECU موتور دریافت می‌کند به طور پیوسته تغییر می‌دهد. افزایش یا کاهش زمان‌بندی قیچی سوپاپ (باز بودن هم‌زمان سوپاپ دود و هوا در انتهای سیکل تخلیه) در سیستم CVVT باعث کاهش گازهای آلاینده در موارد دیگر باعث کاهش مصرف سوخت خواهد شد.
همان‌طور که در شکل شماره 6 مشاهده می‌کنید نمودار، زمان باز بودن سوپاپ‌های هوا و دود را نسبت به زمان‌بندی کورس پیستون (TDC نقطه مرگ بالا،BDC نقطه مرگ پایین) نشان می‌دهد.

1- زمان باز بودن سوپاپ دود 2- زمان قیچی 3- زمان باز بودن سوپاپ هوا 4- طول بلد شدن سوپاپ
5-منحنی دود 6- منحنی هوا
شکل 6- منحنی حرکت سوپاپ‌ها نسبت به زاویه

• عملکرد در سرعت و بار کم؛ حالت ریتارد برای پایداری موتور

شکل 7- تغییرات تایمینگ در حالت دورهای کم و بار کم روی موتور

در شکل 7 سوپاپ دود آوانس و سوپاپ هوا ریتارد گردیده. با آوانس کردن سوپاپ دود، قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین سوپاپ دود باز شده، این کار باعث سریع‌تر خارج‌شدن دود حاصل از احتراق می‌شود و با ریتارد شدن سوپاپ هوا، بعد از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین همچنان سوپاپ هوا باز است که باعث بیشتر پرشدن مخلوط سوخت و هوا درون سیلندر می‌شود.

• بار متوسط روی موتور؛ ایجاد حالت آوانس برای کاهش مصرف سوخت

شکل 8- تغییرات تایمینگ در حالت بار متوسط

در شکل 8 سوپاپ دود و سوپاپ هوا هر دو ریتارد گردیده. با ریتارد شدن سوپاپ دود، بعد از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا همچنان سوپاپ دود باز می‌ماند که این امر باعث می‌شود که مخلوط سوخت و هوای محترق شده به‌صورت کامل از سیلندر خارج شود و با ریتارد شدن سوپاپ هوا، بعد از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین نسبت به حالت بار کم و دور کم همچنان سوپاپ هوا باز می‌ماند. این امر باعث می‌شود حجم بیشتری از سوخت وارد سیلندر شود.

• شتاب‌گیری در سرعت پایین (تمام بار)؛ حداکثر گشتاور با آوانس کامل

شکل 9- تغییرات تایمینگ در حالت دورهای کم و بار کم روی موتور

در شکل 9 سوپاپ دود ریتارد و سوپاپ هوا آوانس شده است در این حالت، زمان قیچی سوپاپ (تایم باز بودن هم زمان سوپاپ هوا و سوپاپ دود) افزایش‌یافته این امر منجر به بالا رفتن راندمان حجمی موتور می‌شود.

•  سرعت بالا و تمام بار؛ حالت ریتارد برای دستیابی به حداکثر قدرت

در شکل 10 سوپاپ دود آوانس و سوپاپ هوا ریتارد گردیده. تغییرات سوپاپ دود مانند حالت قبلی پابرجا است. اما سوپاپ هوا در این حالت ریتارد گردیده و سوپاپ هوا بعد از نقطه مرگ پایین همچنان باز می‌ماند. تا مخلوط سوخت و هوای بیشتری درون سیلندر تشکیل گردد.

شکل 10 – تغییرات تایمینگ در حالت دورهای و بار زیاد

اینکه یک موتور از کدام‌یک از این استراتژی‌ها استفاده می‌کند ابتدا بستگی به وجود فلکه VVT بر روی میل سوپاپ دارد. به عنوان مثال اگر موتوری دارای فلکه VVT روی میل سوپاپ دود نیست بنابراین نمی‌تواند استراتژی کنترل این سوپاپ را انجام دهد و در ادامه به واحد ECM ارتباط دارد که آیا استراتژی مربوطه در آن تعریف شده است یا خیر.

1- حداکثر آوانس 2- حداکثر ریتارد
شکل 11- بررسی میزان آوانس و ریتارد سوپاپ هوا

همانطور که در شکل 11 مشاهده می‌شود  در هر دو حالت حداکثر آوانس و ریتارد، مدت‌زمان باز بودن سوپاپ در این مدل 244 درجه است. در سیستم‌هایی که میزان بلند شدن سوپاپ متغیر است که با عنوان کلی VVL (Valve Variable Lift) شناخته می‌شوند.که در مقالات بعدی به بررسی آنها می پردازیم