Valvetronic & VANOS – sistemul de distribuție variabilă de la BMW

    Începând cu anul 2001, BMW a introdus noul motor pe benzină, în patru cilindri, echipat cu sistemul de distribuție variabilă Valvetronic. Acest motor (cod N42) a fost primul cu distribuție variabilă electromecanică, cu variație continuă a înălțimii de ridicare a supapelor de admisie. Datorită acestui sistem de distribuție motorul N42 avea consumul de combustibil mai mic cu 15%, comparativ cu motorul de generație mai veche.

Sistemul de distribuție Valvetronic & VANOS

Foto: Sistemul de distribuție Valvetronic & VANOS
Sursa: BMW

    De la lansarea primei versiuni de distribuție variabilă, sistemul Valvetronic a fost îmbunătățit continuu astfel încât să satisfacă cerințele tot mai severe în ceea ce privește emisiile poluante și gazele cu efect de seră. Datorită performațelor excepționale ale motoarelor echipate cu acest sistem de distribuție BMW a produs în anul 2008 peste 2.5 milioane de motoare echipate cu Valvetronic.

    Pentru a preîntâmpina viitoarele norme de emisii poluante, BMW a demarat începând cu anii 1990 studiul privind concepția unui sistem de distribuție variabilă. Având în vedere necesitatea de producere în masă a acestui sistem, s-a pus accent pe principiul de funcționare potrivit pentru acest concept. BMW a studiat potențialul sistemelor de distribuție mecanice, hidraulice și electromecanice, precum și combinații între acestea, iar în final s-a decis pentru utilizarea unui sistem de acționare electromecanic.

Tipul sistemului de distribuție Anul Motorul
Valvetronic
generația I
2001 L4 (N42)
2001 V8 (N62)
2003 V12 (N73)
Valvetronic
generația II
2005 L6 (N52)
2006 L4 (Mini)

Sursa: MTZ

    Motoarele cu sistem de distribuție variabilă Valvetronic echipează toată gama de automobile BMW precum și modele Mini și Rolls Royce. A doua generație de Valvetronic a fost introdusă prima oară pe motorul N52, cu șase cilindri în linie, fiind un sistem optimizat care a permis îndeplinirea normelor de poluare SULEV.

Componentele sistemului de distribuție Valvetronic

Foto: Componentele sistemului de distribuție Valvetronic
Sursa: BMW

  1. chiulasă
  2. supapă de evacuare
  3. supapă de admisie
  4. arbore cu came evacuare
  5. motor electric de acționare
  6. angrenaj melcat (raport de transmitere 51:1)
  7. arbore cu excentric
  8. levier intermediar
  9. arbore cu came admisie
  10. arc de revenire levier intermediar
  11. culbutor
  12. reazem hidraulic culbutor

    Deschidere a supapei de admisie (3) se realizează prin intermediul levierului intermediar (8) poziționat între arborele cu excentric (7) și culbutor (11). Arborele cu came (9) acționează asupra levierului intermediar care apasă pe supapa de admisie. Înălțimea de ridicare a supapei de admisie este ajustată în funcție de poziția arborelui cu excentric. Astfel, deschiderea supapei se realizează prin combinarea mișcării arborelui cu came cu cea a arborelui cu excentric.

    Pentru reducerea frecărilor dintre piesele aflate în mișcare, toate zonele de contact dintre arborele cu excentric (7), levier intermediar (8), culbutor și arbore cu came utilizează rulmenți cu role.

Sistemul de distribuție Valvetronic – vedere asupra sistemului de acționare

Foto: Sistemul de distribuție Valvetronic – vedere asupra sistemului de acționare
Sursa: BMW

    Poziția arborelui cu excentric permite o deschidere a supapei de admisie de:

  • 0.27 mm la regim ralanti
  • 9.7 mm la sarcină maximă

    Sarcina motorului este controlată cu ajutorul motorului electric (5) care, în funcție de poziția pedalei de accelerație, poziționează arborele cu excentric pentru a realiza deschiderea necesară a supapei de admisie. Arcul de revenire (10) are rolul de a menține contactul între levierul intermediar și culbutor. Timpul de răspuns al sistemului este 0.3 secunde.

Valvetronic – poziția arborelui cu excentric pentru deschiderea minimă a supapei Valvetronic – poziția arborelui cu excentric pentru deschiderea maximă a supapei
Foto: Valvetronic – poziția arborelui cu excentric pentru deschiderea minimă a supapei
Sursa: BMW
Foto: Valvetronic – poziția arborelui cu excentric pentru deschiderea maximă a supapei
Sursa: BMW

    Sistemul de distribuție Valvetronic variază în mod continuu înălțimea de ridicare a supapelor între 0.27 mm (regim ralanti) și 9.7 mm (sarcină maximă). Împreună cu sistemul VANOS, care realizează variația continuă a fazelor de deschidere și închidere a supapelor de admisie și evacuare, distribuția Valvetronic poate regla sarcina motorului fără a avea nevoie de o clapeta obturatoare.

Sistemul de distribuție Valvetronic – varierea înălțimii de ridicare a supapelor de admisie

Foto: Sistemul de distribuție Valvetronic – varierea înălțimii de ridicare a supapelor de admisie
Sursa: MTZ (BMW)

    Altfel spus, poziția pedalei de accelerație se transformă în înălțimea de deschidere a supapei de admisie. Când conducătorul auto apasă pe pedala de accelerație, calculatorul de comandă a distribuției Valvetronic ajustează, cu ajutorul motorului electric (5), poziția arborelui cu excentric (7), reglând astfel punctul de funcționare al motorului (sarcina și turația).

Sistemul de distribuție Valvetronic – poziția minimă și maximă a supapei de admisie

Foto: Sistemul de distribuție Valvetronic – poziția minimă și maximă a supapei de admisie
Sursa: BMW

    La motoarele cu sistem de distribuție Valvetronic, în regim de funcționare normală, sarcina se reglează doar din deschiderea supapelor de admisie și nu din clapeta obturatoare. Cu toate acestea motoarele sunt echipate cu clapete obturatoare care sunt utilizate în condiții speciale:

  • la pornirea motorului: clapeta obturatoare este parțial închisă pentru a crea vacuum în sistemul de admisie, necesar sistemelor de reducere a poluării; după pornirea motorului vacuumul este produs în continuare de o pompa de vacuum iar clapeta obturatoare se deschide complet
  • în cazul defectării sistemului de distribuție Valvetronic: motorul funcționează în regim de avarie, sarcina acestuia fiind controlată cu ajutorul clapetei obturatoare

    Sistemul de control al distribuție Valvetronic conține motorul electric de acționare, o unitate electronică de control (calculator) și un senzor de poziție montat pe arborele cu excentric. Rolul senzorului de poziție este de a informa unitatea electronică de control dacă arborele cu excentric are poziția unghiulară dorită. Cererea de cuplu motor a conducătorului auto, exprimată prin poziția pedalei de accelerație, este trimisă calculatorului de injecție care o transforma în cantitatea de aer necesară și ulterior în înălțimea de ridicare a supapei de admisie. Aceasta informație este trimisă unității de control a sistemului Valvetronic care ajustează poziția arborelui cu excentric pentru a controla cantitatea de aer ce intră în cilindri.

    A doua generație de sistem de distribuție Valvetronic vine cu o serie de îmbunătățiri menite să reducă timpul de răspuns al sistemului, consumul de combustibil și să crească puterea specifică (litrică) a motorului. Pentru a răspunde acestor cerințe, asupra sistemului de distribuție s-au efectuat următoarele modificări:

  • reducerea pierderilor prin pompaj la sarcini parțiale prin optimizarea profilului de ridicare a supapelor de admisie
  • reducerea frecărilor dintre piesele în mișcare
  • optimizarea arderii în cilindri
  • reducerea maselor pieselor

Sistemul de distribuție Valvetronic -  a doua generație

Foto: Sistemul de distribuție Valvetronic -  a doua generație
Sursa: BMW

    Pe lângă modificările de ordin mecanic ale pieselor sistemului de acționare s-a modificat și profilul camelor de acționare, cu scopul de a optimiza procesul de ardere. Cele doua supape de admisie au profil de ridicare diferit, asimetrice. Prin acest procedeu s-a reușit crearea unui efect de vârtej la curgerea aerului în cilindri care are ca impact îmbunătățirea procesului de ardere, mai ales la sarcini parțiale.

A doua generație a sistemului de distribuție Valvetronic – vedere a sistemului de acționare a supapelor de admisie

Foto: A doua generație a sistemului de distribuție Valvetronic – vedere a sistemului de acționare a supapelor
Sursa: BMW

    Generația a doua a sistemului de distribuție Valvetronic vine și cu îmbunătățiri ale sistemului electronic de control. Astfel poziția arborelui cu excentric este controlată direct de calculatorul de injecție, care conține și etajul de amplificare necesar pentru acționarea motorului de curent continuu.

    Sistemul de distribuție Valvetronic interacționează cu sistemul VANOS care presupune varierea fazelor de distribuție. În timp ce Valvetronic realizează control înălțimii de deschidere ale supapelor de admisie, VANOS controlează momentului de deschidere și închidere al supapelor. Cu aceste două sisteme combinate se obține varierea continuă a înălțimii de ridicarea și a fazelor pentru supapele de admisie.

Sistemul de variere a fazelor de distribuție Dublu VANOS

Foto: Sistemul de variere a fazelor de distribuție Dublu VANOS
Sursa: BMW

    În 1992 motorul E34 a fost primul echipat cu distribuție VANOS, care acționa doar arborele cu came pentru admisie, în doua poziții fixe. Ulterior, în 1996, sistemul a evoluat în Dublu VANOS care permite varierea continuă a fazelor supapelor de admisie și evacuare, între o valoarea minimă și maximă. Motorul E36 a fost primul care a beneficiat de sistem de distribuție Dublu VANOS.

Sistemul de variere a fazelor de distribuție Dublu VANOS – componente

Foto: Sistemul de variere a fazelor de distribuție Dublu VANOS – componente
Sursa: BMW

  1. arbore cu came
  2. lanț de distribuție (antrenare)
  3. cilindru conducător
  4. cilindru condus
  5. supapă electromagnetică

    Sistemul Dublu VANOS permite modificarea momentului de deschidere a supapelor prin controlul poziției unghiulare a arborelui cu came (1). La un sistem clasic de distribuție între lanțul/cureaua de acționare și arborele cu came există o legătură fixă, care nu permite mișcarea relativă între cele două componente. La sistemul VANOS se poate modifica poziția arborelui cu came în raport cu lanțul de antrenare, datorită camerei hidraulice aflată între cilindrul conducător (3) și cel condus (4). Prin controlul presiunii din acesta cameră hidraulică se poate poziționa cilindrul (4) în raport cu cilindrul (3). Presiunea de ulei este controlată prin intermediul unei supape electromagnetice (5) comandata de calculatorul de injecție. Pentru fiecare arbore, de admisie sau evacuare, există câte o supapă electromagnetică care pot fi acționate independent una față de cealaltă.

Exemplu de fazele de distribuție ale sistemului Dublu VANOS

Foto: Exemplu de fazele de distribuție ale sistemului Dublu VANOS
Sursa: e-automobile.ro

    Sistemul VANOS ajustează poziția unghiulară a celor doi arbori cu came. Rezultatul constă în creșterea cuplului motor la turații joase și mai multă putere la turații înalte, reducându-se în același timp consumul de combustibil și emisiile poluante.

    La turații joase arborele cu came de admisie este poziționat astfel încât supapele de admisie să se deschidă cu întârziere, îmbunătățindu-se astfel stabilitatea turației de ralanti. Odată cu creșterea turației supapele de admisie se deschid cu avans, mai mult aer pătrunde în cilindri, ce are ca efect creșterea cuplului motor. La turații foarte înalte supapele de admisie se deschid cu întârziere pentru a permite obținerea puterii maxime.

    Cu sistemul Dublu VANOS se poate controla și cantitatea de gaze arse, reziduale, ce rămân în cilindri. Prin suprapunerea prelungită a timpului de deschidere a supapelor de admisie și evacuare sistemul funcționează ca un EGR intern, prin care se reduc emisiile poluante. De asemenea varierea fazelor de distribuție este utilizată și la pornirea motorului, în faza de încălzire, pentru a permite catalizatorului pe trei căi și sondei lambda să atingă mai repede temperatura nominală de funcționare.

    Prin utilizarea sistemului Valvetronic, pentru prima oara pe un motor cu ardere internă cu benzină sarcina motorului poate fi controlată fără utilizarea unei clapete obturatoare. Datorită acestui avantaj pierderile de pompaj sunt reduse la minim cu efect asupra creșterii performanțelor dinamice și a reducerii consumului de combustibil.

    Testele efectuate asupra primului motor cu patru cilindri, echipat cu sistem de distribuție Valvetronic, au arătat o reducere cu 15% a consumului de combustibili și o creștere cu 20% a performanțelor dinamice, comparativ cu motorul predecesor. Un motor pe benzină aspirat, echipat cu a doua generație de distribuție Valvetronic, poate ajunge la puteri specifice de peste 90 CP/litru și cuplu motor specific de 105 Nm/litru, respectând în același timp reglementările în ceea ce privește emisiile poluante.

    Cu tehnologia Valvetronic s-a reușit reducerea consumului de combustibil pentru toată gama de motoare pe benzină, automobilele putând fi comercializate pe plan internațional deoarece sistemul nu este sensibil la calitatea combustibilului. De asemenea, toate reglementările de emisii poluante în vigoare sunt îndeplinite, inclusiv cele extrem de severe cum ar fi SULEV din USA.

Video - Funcționarea sistemului de distribuție variabilă Valvetronic - prima generație

Video - Funcționarea sistemului de distribuție variabilă Valvetronic - a doua generație

Video - Funcționarea sistemului de distribuție variabilă Valvetronic - motorul BMW NG6

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

crass
Joi, 21 Noiembrie 2013 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
onofras
Sâmbătă, 19 Octombrie 2013
foarte,foarte interesant!

Raportează comentariul
bbogdanmircea
Joi, 27 Septembrie 2012 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Un articol cu adevarat interesant!

Raportează comentariul

Login

Logo motorul anului